Brevet FR2907611A1 — publié le 20080425

Procédé de régulation de l'état de charge d'un moyen de stockage d'énergie [0001 La présente invention concerne la régulation de l'état de charge d'un moyen de stockage d'énergie embarqué dans un véhicule, et s'applique tout particulièrement aux véhicules dotés d'un moteur thermique et d'une 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. [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 supercapacités, et la 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 2907611 anglais, est parfois remplacé par des expressions françaises ou anglophones telles 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 5 US20050128684). [0005] La gestion de cette production et de ce stockage d'énergie est un facteur clé pour ne pas avoir d'une part à sur-dimensionner certains équipements et surtout pour éviter une dégradation de leurs performances, les moyens de stockage de l'énergie étant fragiles et une mauvaise utilisation pouvant se traduire par une 10 dégradation irréversible pouvant nécessiter le remplacement de ces moyens de stockage. [0006] Le but de la présente invention est ainsi de proposer un perfectionnement aux systèmes de gestion des moyens de stockage d'énergie pour optimiser le gain de consommation. 15 [0007] Selon l'invention, ce but est atteint par un procédé de contrôle de la charge d'un moyen de stockage de l'énergie pour alimenter une machine électrique d'un véhicule équipé par ailleurs d'un moteur thermique, comportant une régulation de la demande de charge à stocker en fonction d'au moins un paramètre dynamique de l'état du véhicule indicatif d'un potentiel d'énergie récupérable dans les conditions 20 futures de roulage du véhicule. [0008] L'invention se situe dans le cadre d'architectures véhicules équipés d'au moins une source d'énergie électrique embarquée. En fonction des différentes phases de vie du véhicule (accélérations, décélérations, arrêt, stabilisé, démarrage, ...), on sollicite plus ou moins le stockeur d'énergie électrique pour emmagasiner ou 25 restituer de l'énergie électrique. [0009] On considère 4 phases de vie au niveau du stockeur électrique en fonction de son utilisation : • Soit on régule le stockeur à un état de charge stabilisé, • Soit on recharge le stockeur par la machine électrique générateur d'énergie 30 électrique, 2907611 • Soit on décharge le stockeur dans un réseau électrique ce qui permet de délester l'organe électrique de génération, donc de diminuer la charge sur le moteur électrique (donc la consommation du moteur thermique) • Soit on décharge le stockeur par la machine électrique sous forme de couple 5 complémentaire lors de phase d'accélération par exemple [0010] L'invention repose sur une stratégie d'optimisation de la gestion de l'énergie électrique disponible d'un moyen de stockage de l'énergie électrique dans ses différentes phases de vie en fonction de paramètres véhicules pour optimiser le gain de consommation et le confort d'utilisation tout assurant les fonctions véhicule. 10 [0011] Par exemple, plus la vitesse véhicule est élevé plus on peut diminuer l'état de charge du moyen de stockage de l'énergie électrique. La décélération qui suivra avant de passer par un état arrêt complet du véhicule permettra de récupérer l'énergie pour retrouver l'état de charge initiale du stockeur. [0012] L'invention peut être mise en oeuvre avec des moyens de stockage de 15 l'énergie tels par exemple des batteries au plomb conventionnelles, des batteries NiMH (Nickel Métal Hydrure), ou encore des batteries au lithium. Il importe toutefois que le moyen de stockage soit compatible avec de nombreux cycles de charge et de décharge, ce qui oriente en particulier le choix vers des batteries dites étanches. [0013] L'invention peut également être mise en oeuvre avec un moyen de stockage 20 constitué par une supercapacité, par exemple d'environ 50KJ pour un véhicule de gamme moyenne, comme décrit par exemple dans la demande de brevet français FR 2842144 dont le contenu est ici incorporé par référence. [0014] Suivant les différentes phases de vie du véhicule (accélérations, décélérations, arrêt, stabilisé, démarrage, ...) nous pouvons modifier l'état de charge 25 du stockeur électrique de manière en fonction des paramètres véhicules disponibles sur le réseau d'informations véhicule. Suivant le stockeur, la différence d'état de charge max et min (la différence de tension max et min dans le cas de supercapacités) détermine les bornes dans lesquelles la stratégie est active et représente le potentiel maxi d'énergie disponible. 2907611 [0015] Le calculateur hébergeant la stratégie de gestion électrique récupère l'information vitesse véhicule. La dite stratégie peut être activée au-delà d'un certain seuil de vitesse véhicule. Cependant pour assurer un fonctionnement optimal, les paramètres suivants permettent valider la stratégie : 5 • Le régime moteur : L'organe électrique générateur de l'énergie électrique se trouvant lié au moteur thermique, il faut s'assurer que le régime permet d'assurer la récupération d'énergie permettant de revenir à un niveau de stockage initial ou minimum pour assurer une fonction redémarrage par exemple • Et (ou) le régime machine électrique : L'acquisition du régime de l'organe 10 électrique de génération permet valider le niveau d'énergie récupérable. Il peut venir en supplément du régime moteur thermique dans le cas où l'on veut s'assurer de la synchronisation entre le régime du moteur thermique et de la machine électrique • Et (ou) le rapport engagé : Le rapport engagé permet de s'assurer que durant la 15 décélération, le régime du moteur thermique est lié aux roues et que en fonction de la vitesse, on peut estimer le gain en récupération d'énergie électrique • Et (ou) l'état de santé du stockeur : L'état de santé (estimé à partir de l'historique des courants / tensions, températures, ...) du stockeur permet de limiter sur une plage restreinte l'énergie transitant dans le stockeur pour optimiser sa durée de 20 vie • L'état de charge du stockeur : L'état de charge du stockeur permet de fixer la phase de vie du stockeur (régulation, recharge ou décharge) et une consigne d'état de charge pertinente en fonction des paramètres cités ci-dessus 25 [0016] Ces informations sont interprétées par le calculateur et envoie en sortie : • Une phase de vie du stockeur : régulation, recharge ou décharge • Une consigne d'état de charge au stockeur (une consigne de tension dans le cas d'Ucaps) 2907611 [0017] D'autre part, après acquisitions des informations ci-dessus le calculateur peut identifier un type de roulage et permettre ainsi d'identifier une stratégie adaptée à l'utilisateur. En résumé, la stratégie va privilégier le mode récupération d'énergie 5 pour un conducteur qui fera de courtes décélération par l'utilisation intensif des freins alors que l'on pourra mieux exploiter la plage d'énergie électrique disponible du stockeur électrique lors d'un roulage plus souples ... [0018] Les avantages de cette invention sont notamment les suivants : 10 • Optimiser l'utilisation d'un stockeur par rapport au roulage véhicule • Réaliser des gains de consommation en sollicitant plus le stockeur et délestant la charge de l'alternateur sur le moteur thermique • Optimiser la durée de vie du stockeur en respectant des cycles de charges / décharges liés aux caractéristiques intrinsèque du stockeur 15 • Préserver des organes électriques en cas de mode dégradés ou de panne avérée sur le véhicule • Facilité de mise en oeuvre : hébergement d'un soft loi de commande dans un calculateur embarqué (type contrôle moteur) Revendications : 1. Procédé de gestion de la charge d'un moyen de stockage de l'énergie pour alimenter une machine électrique d'un véhicule équipé par ailleurs d'un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte une régulation de la demande de charge à stocker en fonction d'au moins un paramètre dynamique de l'état du véhicule indicatif d'un potentiel d'énergie récupérable dans les conditions futures de roulage du véhicule. 2. Procédé de gestion selon la revendication 1, caractérisée en ce que la régulation est une limitation de la demande de charge. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit paramètre dynamique est choisi parmi : la vitesse du véhicule, le régime moteur, le rapport engagé ou le type de roulage. 4. Procédé de gestion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la régulation de la demande de charge est subordonnée à une condition de mode de fonctionnement non dégradé du moyen de stockage de l'énergie. 5. Procédé de gestion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la régulation de la demande de charge est subordonnée à une 20 condition de mode de fonctionnement non dégradé du véhicule.