Brevet FR2907978A1 — publié le 20080502

Procédé d'initialisation d'un élément de stockage d'énergie [0001] La présente invention concerne les véhicules équipés d'un moteur thermique et d'au moins une machine électrique dont au moins une partie de l'énergie est fournie par un élément de stockage d'énergie comportant au moins une supercapacité, ladite machine électrique pouvant fournir un couple participant à l'entrainement du véhicule, notamment lors de phase de démarrage ou de redémarrage. [0002] Pour réduire les consommations et les émissions de polluants des véhicules automobiles, les constructeurs proposent de plus en plus de coupler le moteur thermique avec une machine électrique. Sur les véhicules dits hybrides, cette machine électrique est susceptible d'assister ou de suppléer le moteur thermique dans toutes ses phases de fonctionnement. Sur les véhicules équipés d'une fonction dite stop and start ou encore stop and go , pour reprendre la terminologie anglo-saxonne, la machine électrique permet d'arrêter automatiquement le moteur dans toute phase d'utilisation du véhicule où son fonctionnement n'est pas nécessaire (arrêt à un feu d'intersection par exemple), et de le redémarrer dès que le conducteur marque sa volonté de faire repartir son véhicule en enfonçant la pédale d'accélérateur. [0003] La û ou parfois les û machine électrique du véhicule est à l'évidence une grande consommatrice d'énergie qu'il est important de produire et de stocker lorsque le véhicule fonctionne uniquement ou du moins essentiellement grâce au moteur thermique. De façon générale, le stockage de l'énergie électrique est obtenu au moyen d'une ou de plusieurs batteries, rechargées par une génératrice entrainée par le moteur thermique. Il est aussi connu de stocker l'énergie cinétique du véhicule au moyen de supercapacités. [0004] Référence est faite notamment au brevet étatsunien US5318142 qui propose l'usage de moyens de stockage de type supercapacités en associant dans des véhicules hybrides. Il peut également être renvoyé au brevet FR2842144 qui décrit un tel stockage de l'énergie cinétique du véhicule au moyen de supercapacité, et la 2907978 2 réutilisation de l'énergie stockée pour fournir de la puissance aux roues en particulier lorsque la vitesse du véhicule est stabilisée et le moteur thermique arrêté. Il doit être par ailleurs souligné que le terme de supercapacité, ou supercapacitor en anglais, est parfois remplacé par des expressions françaises ou anglophones telles 5 que ultracapacitor , capacité à double couche électrique ou capacité électrochimique. Le lecteur trouvera également dans de nombreuses publications des exemples de méthodes de fabrication de telles supercapacités (voir par exemple US20050128684). [0005] Pour des raisons de sécurité, les supercapacités sont livrées non chargées, 10 avec un fil conducteur entre la borne positive et la borne négative. Il se pose donc la question de la première utilisation des supercapacités qui ne peut se faire qu'après le premier démarrage du moteur thermique, en bout de chaine de fabrication. Au-delà de la toute première utilisation, la question subsidiaire est celle des premiers cycles de fonctionnement, cycles qui permettent d'éliminer des impuretés pour optimiser la 15 durée de vie. [0006] L'invention a pour but une stratégie de cyclage des supercapacités compatible à la fois avec les procédures en bout de chaine de montage des véhicules automobiles et avec les cahiers des charges des constructeurs de supercapacités. [0007] Elle doit tenir compte du circuit de roulage du véhicule en sortie de ligne de 20 manière à optimiser le cyclage et de la phase de stationnement prolongé lors du stockage du véhicule jusqu'à sa vente. Cette stratégie d'apprentissage peut se poursuivre lors des premiers kilomètres réalisés par l'acquéreur du véhicule. [0008] Selon l'invention, cet objectif est atteint par un procédé d'initialisation d'un élément de stockage d'énergie comportant au moins une supercapacité, ledit 25 élément étant destiné à fournir de l'énergie à une machine électrique embarquée dans un véhicule équipé d'autre par ailleurs d'un moteur thermique, caractérisé par le montage dans le véhicule de supercapacités non chargées, non cyclées et la commande, via le contrôle moteur du véhicule, d'une pluralité de cycles de chargement/déchargement est commandée par un calculateur embarqué du véhicule 30 à partir de la première mise en route du moteur thermique. 2907978 3 [0009] Selon une caractéristique préférée de l'invention, le calculateur embarqué est celui utilisé pour le contrôle du moteur thermique, autrement dit un calculateur en tout état de cause déjà disponible. [0010] Dans une variante plus particulièrement préférée de l'invention, le processus 5 d'initialisation est poursuivi au-delà de la vente du véhicule, pendant une période de rodage , pendant laquelle le cyclage est poursuivi, dans des conditions moins drastiques pour assurer le redémarrage du véhicule, mais néanmoins telles que la durée de vie maximale de l'élément de stockage de l'énergie peut être assuré. A noter que si le véhicule est immobilisé pendant une période exceptionnellement 10 longue, par exemple au-delà de quelques semaines, le contrôle moteur pourra déclencher à nouveau une telle phase d'apprentissage. [0011] L'application de cette stratégie correspond à 2 phases de vie véhicule que l'on peut appeler : 15 • Phase 1 : post usine : initialisation stockeur • Phase 2 : post vente : apprentissage stockeur [0012] La sortie de ce dernier mode assure un fonctionnement des supercapacités dans les meilleures conditions pour atteindre la durée de vie spécifiée dans le cahier des charges constructeur. [0013] La stratégie hébergée par un calculateur embarquée est activée pour la première fois lors de la première mise sous tension du véhicule. [0014] Un premier diagnostic consiste à vérifier que le branchement supercapacités / machine électrique est correct. Après la phase de démarrage du véhicule sur la 25 batterie de réseau de bord, le cyclage peut commencer. La stratégie donne un profil de tension / courant pour la première charge de la supercapacité en fonction des préconisations fournisseurs. 20 2907978 4 [0015] Le cycle de charge est illustré à la figure 1 pour laquelle on a représenté en fonction du nombre de cycles de chargement/déchargement déjà réalisés, la consigne de tension (fonction en escalier) et le courant de consigne (fonction curviligne). 5 [0016] Lors d'une charge, l'alternateur est dans un état correspondant à un débit max. La notion d'escalier pour la consigne de tension permet de charger progressivement la supercapacité. En même temps la consigne de courant évolue progressivement jusqu'à un seuil de tension max Tmax. Après ce point la consigne de courant chute pour atteindre un courant asymptotique faible. 10 [0017] Chaque charge est suivie d'une étape de décharge des supercapacités, avec l'alternateur coupé. Lors de cette étape de décharge, aucune consigne de tension n'est émise. Les supercapacités se déchargent en fonction des consommateurs branchés sur son réseau. Un seuil limite de tension Tmin autorise le changement de mode pour repasser sur un cycle de charge. 15 [0018] Suivant le parcours du véhicule en sortie d'usine, cet enchaînement sera reproduit un maximum de fois. Dès la coupure de clef effectuée synonyme de mise en mode parking du véhicule, aucune action ne sera demandée. 20 [0019] Phase de redémarrage du véhicule après stationnement prolongé : [0020] A la remise du contact, la stratégie récupère l'information état de charge des supercapacités. En fonction de cette information, différents cas se présentent : a) Soit les supercapacités ont gardées un état de charge suffisant pour démarrer le véhicule, et alors l'énergie stockée par ces supercapacités est utilisée par 25 priorité (même si le véhicule est équipé par ailleurs d'un autre moyen de stockage de l'énergie comme une batterie conventionnelle). b) Soit les supercapacités n'ont plus assez d'énergie pour démarrer le véhicule : 2907978 5 [0021] Dans ce dernier cas, si les supercapacités sont la seule source d'énergie embarquée, une source extérieure d'énergie devra être utilisée pour démarrer le véhicule. a) Si le véhicule dispose d'au moins 2 sources d'énergie : La deuxième source 5 d'énergie donne l'énergie nécessaire à la machine électrique de démarrage et/ou la deuxième source d'énergie recharge la première pour assurer la fonction redémarrage du véhicule. [0022] Phase de redémarrage client : 10 [0023] Lors de la vente véhicule, la stratégie peut favoriser les cycles de charges / décharges de manière à continuer un apprentissage des supercapacités jusqu'à un seuil de kilomètre (une centaine par exemple) avant de passer dans une phase qui serait l'utilisation courante du véhicule et optimiserait cette fois la consommation / pollution du véhicule. A partir de la vente, les décharges ne sont effectuées que sous 15 la condition de permettre dans tous les cas de figures un redémarrage du véhicule. [0024] Les avantages de cette invention sont les suivants : o Optimiser la durée de vie du stockeur en respectant des cycles de charges / décharges liés aux caractéristiques intrinsèque des supercapacités 20 o Assurer la sécurité de l'environnement lors du stockage des éléments o Assurer l'aspect sécurité électrique durant la phase de montage sur véhicule o Facilité de mise en oeuvre : hébergement de logiciel définissant la loi de commande dans le calculateur embarqué (type contrôle moteur) Revendications 1. Procédé d'initialisation d'un élément de stockage d'énergie comportant au moins une supercapacité, ledit élément étant destiné à fournir de l'énergie à une machine électrique embarquée dans un véhicule équipé d'autre par ailleurs d'un moteur thermique, caractérisé par le montage dans le véhicule de supercapacités non chargées, non cyclées et la commande, via un calculateur embarqué du véhicule, d'une pluralité de cycles de chargement/déchargement à partir de la première mise en route du moteur thermique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit calculateur embarqué est le calculateur de contrôle du moteur thermique. 3. Procédé l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tension de consigne et la consigne de courant appliquées sur les premiers cycles de charge sont croissantes. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lorsque la tension de consigne appliquée atteint après un certain nombre de cycles une tension seuil Tmax, la consigne de courant est ramenée à un courant asymptotique faible mais non nul. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de chaque cycle, la décharge est obtenue par l'usage de consommateurs électriques branchés sur le réseau de la supercapacité, et est stoppée lorsque la tension est inférieure à un seuil Tmin. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce lors de la phase de cyclage, le redémarrage du véhicule est effectué en priorité en utilisant l'énergie stockée par les supercapacités. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une phase d'apprentissage postérieure à la vente du véhicule. 2907978 7 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la phase d'apprentissage est réitérée si le véhicule est immobilisé pendant une longue période.