Brevet FR2798785A1 — publié le 20010323

La présente invention concerne un système de gestion de l'énergie électrique dans un véhicule hybride parallèle pourvu d'une batterie de puissance et d'une batterie de servitude. Elle se rapporte plus particulièrement à un système de gestion de l'énergie électrique d'un groupe motopropulseur pour véhicule à motorisation hybride désigné alterno-démarreur. Quelques definitions sont rappelées ci-après. on connaît essentiellement deux groupes de motorisation hybride, les hybrides dits série et hybrides dits parallèles . Les hybrides série sont des groupes motopropulseurs dans lesquels un moteur thermique tel 'un moteur à pistons entraîne un générateur qui produit de l'électricité pour alimenter un ou plusieurs moteurs électriques liés aux roues du véhicule. Une batterie d'accumulateurs permet de stocker de l'énergie électrique pour faire fonctionner le moteur électrique. Les hybrides parallèles sont des groupes motopropulseurs dans lesquels un moteur thermique, une machine électrique alimentée par une batterie d'accumulateurs et une transmission mécanique sont couplés par l'intermédiaire d'un dispositif permettant de les lier en rotation les uns aux autres. La machine électrique étant susceptible fonctionner indifféremment en moteur ou en générateur de courant. Ce type de motorisation présente l'avantage de pouvoir utiliser les deux types de propulsion thermique et électrique alternativement ou simultanément. Le passage dl configuration de fonctionnement à une autre assuré par des moyens de commande qui assurent toutes les fonctions de commande et de gestion de puissance. L'aterno-démarreur est un hybride parallèle particulier, comprend un moteur électrique géré électroniquement, intercalé entre le moteur et la boÎte vitesses remplaçant le démarreur, l'alternateur volant moteur traditionnel. Ce type d hybride comporte en outre deux batteries, batterie de servitude dédiée à l'alimentation du réseau de bord notamment en phase de roulage une batterie de puissance dédiée principalement à la fourniture d'énergie pour la-machine électrique. Il s'avère que dans un tel type de groupe motopropulseur de l'énergie électrique est consommée afin de la transformer en énergie mécanique lors la traction ou propulsion du véhicule mais également de lénergie électrique est créée à partir de lénergie mécanique lors de la génération de sorte qu'il est nécessaire de gérer celle-ci. L'invention pour but de gérer l'énergie électrique se trouvant dans un tel système afin de garantir état de charge ou niveau d'énergie suffisant aux batteries de servitude et de puissance mais également une utilisation de la batterie de puissance dans une plage optimisée pour garantir à la fois les performances la batterie (durée de vie, puissance) et les performances imposées par le système alterno-démarreur. A cet effet l'invention a pour objet un système de gestion de l'énergie électrique dans un véhicule hybride parallèle pourvu d'une batterie de puissance et d'une batterie de servitude, caractérisé en ce qu'il destiné à transmettre principalement à un superviseur pilotant la machine électrique et machine thermique, trois informations respectivement d'estimation du couple de traction, estimation du couple de génération et d'autorisation d'effectuer un arrêt ou de demander un démarrage du moteur thermique, en fonction d'informations issues en majeure partie des batteries de servitude et de puissance. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le système est composé de trois blocs, respectivement un bloc de gestion d'une batterie de servitude ou batterie basse tension, d'un bloc gestion d'une batterie de puissance ou batterie haute tension et d'un bloc de gestion de l'energie du système alterno-démarreur ; bloc de gestion de la batterie de puissance, comprend un bloc de détermination de l'état charge de la batterie de puissance, un bloc surveillance de la batterie et un bloc de strategie de charge qui reçoit en entrée les informations de sortie desdits deux blocs précédents ; bloc de surveillance est apte à transmettre une demande de mise en marche d'un ventilateur en fonction de la température mesurée la batterie de puissance ; - le bloc de stratégie reçoit en entrée l'information de l'état de charge de la batterie de puissance et des alertes délivrées éventuellement par le bloc de surveillance déterminant ainsi selon les différentes alertes activées l'interruption de la charge ou la décharge de la batterie de puissance ; bloc de stratégie va déterminer en fonction de l'information de l'état de charge la stratégie suivante : si SOC à recharger en priorité batterie pour que l'état de charge s'éloigne de la zone interdite sans tenir compte des rendements de la chaÎne de traction, si _P:9SOC à recharger la batterie si certaines conditions sont remplies par exemple moteur thermique non arrêté, bon rendement de la chaîne traction. Si SOC##SOC_N alors pas de charge, où - P et SOC-N sont des variables qui sont déterminées comme suit : - Pas de demande de charge à l'arrêt alors SOC-P=50'i et SOC-N=95% - une demande de charge à l'arrêt alors SOC-P=80% et SOC-N=80%. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres apparaîtront plus clairement à la lecture de description suivante d'un exemple de réalisation, en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation synoptique illustrant un exemple de réalisation d' système de pilotage d'un alterno- démarreur ; et - la figure 2 est une représentation synoptique illustrant un exemple de réalisation dl système de gestion de l'énergie selon l'invention. On peut en effet reconnaître sur la figure 1, une machine électrique 1 et une machine thermique 2 qui sont reliées respectivement à superviseur 3 destiné à les piloter en leur transmettant respectivement une consigne fonction d'informations de déclenchement reçues à partir d'un calculateur du moteur thermique d'un calculateur de la machine alterno -démarreur 6 et d'un système de gestion de l'énergie électrique 7 selon la présente invention destine à transmettre principalement au superviseur 3 trois informations respectivement d'estimation du couple de traction, d'estimation du couple génération et d'autorisation d'effectuer arret ou de demander un démarrage du moteur thermique désigné couramment stop and go , fonction d'informations issues en majeure partie batteries de servitude et de puissance. ne décrira pas plus en détail par la suite calculateurs de la machine alterno-démarreur 6 du moteur thermique 4 qui reçoivent des informations issues notamment du poste de conduite qui sont par exemple délivrées par des capteurs afin de déterminer les volontés du conducteur car ne faisant pas partie du cadre de l'invention. système de gestion de l'énergie électrique 7, selon la présente invention, est composé de trois blocs, comme visible à la figure 2, respectivement un bloc de gestion d'une batterie de servitude 8 ou batterie basse tension, d'un bloc de gestion d'une batterie de puissance 9 ou batterie haute tension et d'un bloc de gestion de l'énergie 10 du systeme alterno-démarreur. On va décrire successivement la structure et le fonctionnement de chacun des blocs du système de gestion selon la présente invention. Le bloc de gestion de la batterie de servitude 8 a pour fonction de déterminer la consigne de tension de ladite batterie en fonction de la température pour la recharge de celle-ci et également de s'assurer que la tension de la batterie de servitude est correcte pendant toute recharge de la batterie de puissance, la batterie de servitude étant capable dans certaines phases de vie particulières du véhicule de la recharger ou de lui fournir un complément de puissance. Pour cela, le bloc de gestion 8 reçoit en entrée l'information la température de la batterie de servitude qui est soit délivrée par un capteur associé à ladite batterie, soit reconstituée, afin de délivrer au bloc de gestion de l'énergie 10 une consigne de tension de recharge acceptable par la batterie fonction par exemple d'une courbe pré-établie. Le bloc de gestion de la batterie de puissance 9, comprend avantageusement un bloc de détermination de l'état de charge de la batterie de puissance il, un bloc de surveillance de la batterie 12 et un bloc de stratégie de charge 13 qui reçoit en entrée les informations de sortie desdits deux blocs 11 et 12. bloc de détermination de l'état de charge li comptabilise les ampères-heures chargés ou déchargés affectés éventuellement d'un rendement, pour cela ledit bloc reçoit en entrée les informations de température et de courant de la batterie qui sont délivrées par des capteurs. notera avantageusement qu'avant chaque coupure du calculateur, le dernier état de charge courant est sauvegardé et qu'à chaque démarrage du groupe motopropulseur, ce dernier état charge est corrigé en fonction du temps de repos du véhicule correspondant à un parametre d'autodécharge. Une réinitialisation de l'état de charge est effectuée à 100%, lorsqu'un des critères de pleine charge est atteint. Le bloc de surveillance 12 permet de contr8ler en fonction des informations de tension et de température délivrées par des capteurs, les températures, la tension totale et les tensions partielles afin de renseigner sur l'utilisation de cette batterie de puissance. Toute utilisation de la batterie de puissance n'est autorisée et poursuivie que si température est reprise dans un intervalle compris entre une température minimale Tmin une température maximale Tmax, de préférence Tmin=-250C et Tmax=500C. Lorsque la température mesurée de la batterie devient trop importante ou lorsque différentes mesures de température ne sont homogènes entre elles, le bloc de surveillance 12 transmet une demande de mise en marche un ventilateur assurant ainsi un refroidissement de batterie. Par ailleurs, la surveillance de la dérivée la température par' rapport au temps donne une indication sur la fin de la charge de la batterie. La surveillance de la tension totale permet autoriser toute décharge que si la tension est supérieure à une certaine valeur Umin, de préférence Umin=31V. De même, toute charge est autorisée que si la tension est inférieure à une certaine valeur Umax, de préférence Umax=57V. De plus, les phases de décharge ou de charge sont autorisées que si respectivement les tensions partielles sont supérieures à une certaine valeur Upmin, de préférence Upmin=10.SV et les tensions partielles sont inférieures à une certaine valeur Upmax, de préférence Upmax=19V. Le bloc de surveillance veille également à 'homogénéité en tension de la batterie. Ainsi, lors du fonctionnement d'une batterie, l'état, par conséquent la tension, des éléments peut être différent. Ceci se produit lorsque les éléments ne sont pas tous à la même température. C'est ainsi que si la dispersion DU éléments est trop importante, les performances de la batterie ne sont plus maintenues capacité, puissance) et certains éléments peuvent être irrémédiablement endommagés si leur tension devient trop basse. La dispersion DU est calculée à partir des tensions partielles. Un seuil de dispersion maximale admise est déterminé en fonction de l'amplitude courant instantané afin de déclencher une alerte du bloc de surveillance. Le bloc de stratégie 13 reçoit en entrée comme mentionné ci-dessus l'information de l'état charge de la batterie de puissance des alertes délivrées éventuellement par le bloc de surveillance 12 qui détermine ainsi selon différentes alertes activées l'interruption la charge ou la décharge de la batterie. De manière avantageuse, les essais ont montre que lletat de charge SOC ne doit jamais être inférieur à un état de charge minimal SoCmin, préférence cet état de charge minimal a été déterminé à 30% afin d'éliminer tout problème de durée vie de la batterie. De plus, pour garantir une durée de vie de la batterie suffisante, il faut limiter les profondeurs de décharge au maximum. Un fonctionnement optimal serait l'état de charge de la batterie reste dans la plage 50%-80%. Le bloc de stratégie va déterminer en fonction de l'information de l'état de charge la strategie suivante : - Si SOC - P alors charge prioritaire correspondant à recharger en priorité batterie pour que l'état de charge s'éloigne la zone interdite sans tenir compte des rendements de la chaÎne de traction, - Si SOC_P:9SOC à recharger la batterie si certaines conditions sont remplies par exemple moteur thermique non arrêté, bon rendement de la chaîne traction. - Si SOC##SOC_N alors pas de charge, SOC-P et SOC-N sont des variables sont determinées comme suit : - Pas de demande de charge à l'arret alors -P=50% et SOC-N=95% - une demande de charge à l'arrêt alors -P=80% et SOC-N=80%. Le bloc de stratégie délivre donc une information sur le type de charge à envisager qui est transmise au bloc de gestion energie système. Ce bloc a pour fonction de définir la stratégie de pilotage du convertisseur courant continu DC/DC et à calculer les demandes de couple de charge en fonction des possibilités du système électrique et de critère de consommation (rendement de charge). Pour ce faire ce bloc comporte la determination du potentiel du système électrique et le pilotage électrique. La détermination du potentiel consiste à synthétiser les actions réalisables le système électrique (couple de traction électrique, couple de charge, stop go) et les attentes du système électrique (demande d'aide pour le démarrage à froid) en fonction de ,état de charge de la batterie de sa température, du couple réalisable par machine electrique et de la consommation du réseau de bord 12V. Le pilotage du réseau électrique consiste à connecter ou non le convertisseur courant continu DC/DC du système alterno-démarreur sur le réseau haute tension en fonction des situations de vie du système. Ce pilotage consiste également d'une part à commander la tension de consigne du convertisseur DC/DC en fonction des situations de vie du système (démarrage à froid, roulage, charge à l'arrêt) et d'autre part de déterminer les demandes de couple de charge en fonction de la stratégie de charge les optimiser. On conçoit alors qu'en fonction des différents paramètres fournis par le systeme de gestion selon la présente invention le superviseur 3 détermine quelle action est possible d'effectuer afin de s'approcher au mieux la demande du conducteur en fonction de l'énergie disponible, optimisant ainsi l'énergie électrique du système. Il va de soi bien entendu que différents modes de réalisation d'un tel système peuvent être envisagés. REVENDI ATIONS 1. Système de gestion de l'énergie électrique dans un véhicule hybride parallèle pourvu d'une batterie de puissance et d'une batterie de servitude, caractérisé en ce qu'en fonction d'informations issues en majeure partie des batteries de servitude et de puissance, ledit système transmet principalement à un superviseur (3) pilotant la machine électrique et la machine thermique, trois informations respectivement d'estimation du couple traction, d'estimation du couple de génération et d'autorisation d'effectuer un arrêt ou de demander un démarrage du moteur thermique. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est composé de trois blocs, respectivement un bloc de gestion d'une batterie de servitude (8) ou batterie basse tension, d'un bloc de gestion d'une batterie de puissance (9) ou batterie haute tension et d'un bloc de gestion de l'énergie (10) du système alterno-démarreur. 3. Système selon revendication 2, caractérisé en ce que le bloc de gestion de la batterie de puissance (9), comprend un bloc de détermination de l'état de charge de la batterie de puissance (11), un bloc de surveillance de la batterie (12) et un bloc de stratégie de charge (13) qui reçoit en entrée les informations de sortie desdits deux blocs (11 et 12). 4. Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que le bloc de surveillance (12) apte à transmettre une demande de mise en marche d'un ventilateur en fonction de température mesurée de la batterie de puissance. 5. Système selon l'une des revendications ou 4, caractérisé en ce que le bloc de stratégie (13) reçoit en entrée l'information de l'état charge la batterie de puissance délivré le bloc de détermination (11) et des alertes délivrees éventuellement par le bloc surveillance (12) déterminant ainsi selon les différentes alertes activées l'interruption de la charge ou la décharge de la batterie de puissance. 6. Système selon la revendication 5, caracterisé en ce que le bloc de stratégie va déterminer en fonction de l'information de l'état charge, la stratégie suivante : - Si SOC - P alors charge prioritaire, correspondant à recharger en priorité la batterie pour que l'état de charge s'éloigne de la zone interdite sans tenir compte des rendements de la chaîne de traction, SOC-P:#9SOC à recharger la batterie si certaines conditions sont remplies par exemple moteur thermique non arrêté, bon rendement de la chaîne traction. - Si SOC##SOC-N alors pas de charge, SOC-P et SOC-N sont des variables qui sont déterminées comme suit : - Pas de demande de charge à l'arrêt alors SOC-P=50% et SOC-N=95% - une demande de charge l'arrêt alors SOC-P=80% et SOC-N=80%.