Brevet FR2912268A1 — publié le 20080808

Procédé et système de surveillance de l'état de charge et de conditionnement d'un organe de stockage d'énergie électrique d'un véhicule La présente invention concerne un procédé et un système de surveillance de l'état de charge et de conditionnement d'un organe de stockage d'énergie électrique, par exemple un supercondensateur, d'un véhicule à moteur thermique qui comporte, en outre, un autre organe de stockage d'énergie électrique, par exemple une batterie. L'un des deux organes est utilisé pour démarrer le moteur thermique. Dans certains types de véhicules automobiles, comme par exemple les véhicules hybrides (à moteurs thermique et électrique), ou pour certaines applications, comme par exemple la fonction Stop & Start, il est intéressant de disposer d'une source d'énergie électrique supplémentaire (en plus de la batterie classique généralement de 12 Volts). Lorsque cette source d'énergie supplémentaire est utilisée pour le démarrage du moteur thermique, elle doit fournir une énergie électrique importante dans un court laps de temps. En d'autres termes, cette source d'énergie doit stocker une puissance électrique importante. A cette fin, on peut utiliser des supercondensateurs ou des batteries typées puissances. Un inconvénient important de ces organes de puissance électrique, notamment des supercondensateurs, provient du fait que leur charge électrique tend à diminuer dans le temps, par autodécharge. On peut ainsi rencontrer de sérieuses difficultés à mettre en marche le moteur thermique lors d'une immobilisation prolongée du véhicule, lorsque l'état de charge de l'organe de puissance est trop faible (le couple de démarrage, qui dépend directement de l'état de charge, est alors trop faible). Le brevet FR 2751145 propose une solution pour limiter la décharge de la batterie quand l'alternateur ne peut pas fournir le courant nécessaire au fonctionnement normal du réseau électrique de l'automobile. A cette fin, un supercondensateur et un système de contrôle de la charge du supercondensateur et de la batterie sont utilisés. Des moyens de 2 commutation assurent l'interruption ou l'établissement de la liaison électrique entre le supercondensateur et la batterie selon que la batterie se charge ou se décharge. Le procédé et le dispositif décrits dans ce brevet ne permettent pas de résoudre le problème de l'autodécharge du supercondensateur et de la batterie, notamment dû à un arrêt prolongé du véhicule. Le brevet EP 1 013 506 décrit un procédé de commande d'un réseau de bord pour véhicule automobile qui comprend une batterie et un supercondensateur. Un convertisseur permet de charger le supercondensateur pendant que le véhicule automobile roule sur sa lancée . Ce brevet ne concerne donc pas l'autodécharge du supercondensateur dû à un arrêt prolongé du véhicule. La présente invention propose une solution pour résoudre ce problème. De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de surveillance de l'état de charge et de conditionnement d'un premier organe de stockage d'énergie électrique d'un véhicule à moteur comprenant un deuxième organe de stockage d'énergie électrique et des moyens de connexion du premier organe au deuxième organe. Selon le procédé, le niveau de charge du premier organe est contrôlé lorsque le véhicule est arrêté, et les moyens de connexion sont commandés afin de recharger le premier organe à l'aide du deuxième organe lorsque ledit niveau de charge est inférieur ou égal à un niveau de charge prédéterminé. Selon une variante de mise en oeuvre, le niveau de charge du premier organe est contrôlé périodiquement à intervalles de temps 25 prédéterminés. Le contrôle du niveau de charge du premier organe est avantageusement arrêté au bout d'un nombre prédéterminé de contrôles. De préférence, le niveau de charge du deuxième organe est comparé à un niveau de seuil bas prédéterminé et le contrôle périodique du 30 niveau de charge du premier organe est interrompu si le niveau de charge du deuxième organe est inférieur au niveau de seuil bas. 3 Selon une autre variante de mise en oeuvre, un signal annonciateur de la volonté probable de démarrage du moteur est utilisé pour commander le début du procédé. Ce signal peut être représentatif ou caractéristique de, par exemple, l'ouverture d'une portière ou du coffre du véhicule, ou du déverrouillage d'une serrure de portière ou de coffre, ou de la présence du conducteur ou encore de la mise du contact du véhicule. De préférence, le premier organe est rechargé si ledit signal a été détecté et si le niveau de charge du premier organe est inférieur à un seuil de démarrage du moteur additionné d'une première marge de sécurité ml, le moteur étant démarré lorsque le niveau de charge du premier organe est supérieur ou égal audit seuil de démarrage additionné de ladite marge de sécurité. Le premier organe est de préférence chargé jusqu'à un niveau de charge correspondant audit seuil de démarrage additionné d'une deuxième 15 marge de sécurité m2, avec m2 > ml . L'invention concerne également un système de surveillance de l'état de charge et de conditionnement d'un premier organe de stockage d'énergie électrique d'un véhicule à moteur comprenant un deuxième organe de 20 stockage d'énergie électrique, des moyens de connexion du premier organe au deuxième organe permettant de transférer de l'énergie électrique entre lesdits organes, une machine électrique alimentée par le premier organe et des moyens de commande des moyens de connexion. Selon l'invention, le système comporte des moyens de comparaison de l'état de charge du 25 premier organe à un seuil prédéterminé, lesdits moyens de comparaison fonctionnant lorsque le moteur du véhicule est arrêté. A titre d'exemple, le premier organe de stockage peut être un supercondensateur ou une batterie, le deuxième organe de stockage peut être une batterie, la machine électrique peut être un alternateur réversible ou 30 un alternateur classique associé à un démarreur et les moyens de connexion peuvent être constitués d'un convertisseur ou d'un contacteur connectant en parallèle les organes de stockage. 4 Lesdits moyens de comparaison sont avantageusement actionnés par un signal annonciateur de la volonté probable de démarrage du moteur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : - la figure 1 montre schématiquement l'architecture du système, - la figure 2 illustre les étapes successives du procédé de surveillance et de conditionnement d'un organe de stockage d'énergie électrique alors que le contact est coupé et sans avoir reçu un signal annonciateur de démarrage du moteur, et - la figure 3 illustre les étapes du procédé suite à la réception d'un signal annonçant une demande probable de démarrage du moteur. Sur la figure 1, un véhicule automobile (non représenté) muni d'un moteur thermique, et éventuellement d'un moteur électrique dans le cas d'un véhicule hybride, est équipé d'un système comportant une machine électrique 10, par exemple un alternateur conventionnel associé à un démarreur ou un alternateur réversible (faisant fonction de démarreur par entraînement du vilebrequin du moteur thermique lorsque l'alternateur est alimenté en courant électrique). Un premier organe 12 de stockage d'énergie électrique est connecté à la machine électrique 10 de façon à lui fournir du courant électrique. Un deuxième organe 14 de stockage d'énergie électrique est connecté à des consommateurs d'électricité 20, tels que par exemple les phares ou les essuie-glaces. Le premier organe 12 est de préférence un organe de stockage de puissance électrique, par exemple un supercondensateur ou une batterie, capable de fournir à la machine 10 un courant de forte intensité dans un court laps de temps (en d'autres termes, une forte puissance électrique), ce qui permet de démarrer plus facilement le moteur thermique. Le deuxième organe 14 peut être par exemple une batterie classique (habituellement de 12Volts), généralement moins sensible à l'autodécharge qu'un supercondensateur, la batterie constituant une réserve d'énergie électrique importante et pérenne. Des moyens de connexion 16 des deux organes 12 et 14 permettent de transférer de l'énergie électrique entre ces deux organes. Les moyens de connexion 16 5 peuvent être, par exemple, un contacteur pouvant connecter en parallèle les deux organes 12 et 14, ou un convertisseur DC/DC lorsque la tension au bornes du premier organe (par exemple 20 Volts pour un supercondensateur) est plus élevée que la tension aux bornes du deuxième organe (par exemple 12 Volts pour une batterie classique). Les moyens de connexion 16 peuvent être commandés à l'aide d'un calculateur 18 qui peut être un calculateur initialement prévu dans le véhicule ou être un calculateur dédié, ce qui est préférable car il consomme moins d'énergie qu'un calculateur non dédié (ce qui est important puisque le calculateur doit rester en veille alors que le véhicule est immobilisé ou se réveiller périodiquement). Le calculateur permet notamment de comparer les états de charges et/ou les tensions électriques fournis par les organes de stockage d'énergie, entre eux ou avec des seuils prédéterminés, comme expliqué ci-après. La figure 2 est un graphe des différents états que peut prendre le système et illustre un mode de mise en oeuvre du procédé. Le procédé consiste ici, pendant le temps d'inutilisation du véhicule, à surveiller l'état ou niveau de charge de l'organe de stockage de puissance 12 et à le conditionner/recharger si son état ou niveau de charge est trop faible pour démarrer le moteur. Au départ, le système est dans un état initial A, moteur arrêté, et passe dans un état d'attente B dans lequel l'état de charge EDC(P) du stockeur de puissancel2 est périodiquement comparé dans le calculateur 18 à un état de charge bas EDC(bas) prédéterminé (flèche 22), lequel est fixé pour permettre un démarrage aisé du moteur thermique à l'aide de l'organe de stockage de puissance 12. Tant que EDC(P) est supérieur au seuil d'état d'énergie EDC(bas), le stockeur de puissance 12 n'a pas besoin d'être rechargé et le système reste donc dans l'état d'attente B. Quand EDC(P) devient inférieur ou égal à EDC(bas), le stockeur de puissance 12 6 est rechargé ou conditionné. Le système passe dans l'état C (qui peut être un convertisseur DC/DC) dans lequel l'ordinateur 18 commande aux moyens de connexion 16 de connecter en parallèle les organes de stockage 12 et 14 de façon à transférer de l'énergie de l'organe 14 vers l'organe 12 (flèche 26), jusqu'à ce que EDC(P) atteigne une valeur haute prédéterminée EDC(haut), cette valeur étant supérieure ou égale à EDC(bas). Lorsque la charge de l'organe 12 atteint la valeur EDC(haut), le système retourne dans l'état d'attente B (flèche 24). Le procédé de surveillance peut cependant s'arrêter, le système passant de l'état B à un état D (flèche 28) d'inaction du calculateur 18, si le nombre de contrôles de la valeur de l'état de charge EDC(P) de l'organe de stockage de puissance est supérieure ou égale à un nombre prédéterminé. En d'autres termes, pour EDC(P) > EDC(bas), le système passe de l'état B à l'état D au bout d'un temps prédéterminé de surveillance. Le système peut aussi passer de l'état C à l'état D (flèche 30) si le niveau de charge EDC(E) de l'organe de stockage d'énergie 14 est inférieur ou égal à un seuil d'énergie prédéterminé EDC(E,seuil). Ce seuil de niveau d'énergie correspond à un niveau de charge du stockeur d'énergie 14 insuffisant pour assurer le rehaussement du niveau de l'organe de puissance 12 et le fonctionnement correct des consommateurs électriques alimentés par l'organe 14. La figure 3 est un graphe d'états pris par le système pour un deuxième mode de réalisation du procédé, selon lequel la surveillance de l'état de charge du stockeur de puissance 12 ne se produit que si le calculateur 18 reçoit un signal caractéristique de la demande probable de démarrage du moteur thermique. Ce signal peut par exemple correspondre à l'ouverture d'une portière ou du coffre du véhicule, au déverrouillage d'une serrure de portière ou du coffre, à la présence du conducteur sur le siège conducteur ou à proximité du véhicule ou à la mise du contact du véhicule ou simplement à l'introduction de la clé de contact. Il est en effet intéressant de rehausser, si nécessaire, l'état de charge de l'organe de puissance 12 que peu de temps avant que le conducteur donne l'ordre de démarrer le moteur. 7 C'est pour cela que, dans cette variante de mise en oeuvre, le procédé ne débute que lorsqu'un signal caractéristique de la demande probable de démarrage du moteur thermique est détecté. Le terme probable inclus aussi le fait que la demande de démarrage est certaine. Le véhicule est au début du procédé dans l'état initial E, moteur arrêté. Le procédé de surveillance débute lorsque le signal de demande probable de démarrage du moteur thermique est reçu par le calculateur 18 et la phase de conditionnement démarre à condition que l'état de charge EDC(P) de l'organe de stockage de puissance 12 soit inférieur ou égal à un seuil (bas) S(P, dem) augmenté d'une première marge de sécurité ml, le seuil S(P,dem) correspondant à l'état de charge minimal du stockeur de puissance permettant le démarrage du moteur thermique. Dans l'état F, les moyens de connexion 16 connectent les organes de stockage de puissance 12 et d'énergie 14 de sorte que l'organe 12 soit rechargé par l'organe 14, de l'énergie électrique passant de l'organe 14 à l'organe 12. Lorsque EDC(P) devient égal au seuil S(P, dem), plus une deuxième marge de sécurité m2 (avec m2 ml) ou si les états de charge des organes de stockage de puissance 12 et d'énergie 14 deviennent égaux, le système passe dans l'état G (flèche 34) dans lequel les moyens de connexion 16 sont ouverts (non passants) et le système est dans l'attente d'un ordre de démarrage du moteur thermique. On remarque que le système peut passer directement de l'état initial E à l'état G (flèche 36) à conditions que le signal annonciateur de la demande probable de démarrage du moteur ait été reçu par le calculateur 16 et que l'état de charge EDC(P) de l'organe de puissance 12 soit supérieur au seuil S(P, dem) + ml ou que l'état de charge EDC(E) de l'organe de stockage d'énergie 14 soit inférieur ou égal à l'état de charge minimal acceptable EDC(E, min) de l'organe de stockage d'énergie 14. Quand le calculateur 18 reçoit un signal caractéristique de la demande probable de mise en route du moteur et si EDC(P) est inférieur au seuil (bas) S(P, dem) de l'état de charge de l'organe de stockage de puissance pour le démarrage, le système passe de l'état G à l'état I (flèche 38) ce qui correspond au démarrage du moteur thermique à l'aide du démarreur classique alimenté 8 par l'organe 14 de stockage d'énergie. Par contre, si EDC(P) est supérieur ou égal à S(P, dem) (et donc si on a réussi à recharger l'organe 12), le démarrage du moteur thermique est effectué avec la machine électrique 10 (alternateur réversible) ou avec le démarreur classique , à l'aide de l'organe de stockage de puissance 12. Le système passe alors de l'état G à l'état H (flèche 40). L'état de charge minimal acceptable du stockeur d'énergie (EDC(E , min) et le seuil de l'état de charge du stockeur de puissance pour le démarrage S(P, min) peuvent être choisis variables en fonction de la température extérieure. On peut souligner que le démarreur classique peut être supprimé (entraînant une réduction du coût du véhicule) si son utilisation n'est pas indispensable, à savoir si la stratégie illustrée par la figure 3 peut permettre dans tous les cas le démarrage du moteur thermique à l'aide d'un alternateur réversible (machine électrique 10). Néanmoins, cette suppression n'est pas envisagée dans le cas où le but poursuivi par la mise en oeuvre du procédé est, non pas la certitude de pouvoir démarrer qui est déjà acquise, mais l'amélioration de l'agrément du démarrage en utilisant le démarreur classique alimenté par l'organe de stockage de puissance. Le procédé et le système décrits peuvent être utilisés tout particulièrement dans un dispositif Stop & Start , pour lequel le moteur du véhicule s'arrête et redémarre automatiquement lorsque le véhicule est à l'arrêt. Le premier organe de stockage d'énergie est alors avantageusement un supercondensateur faisant partie du dispositif Stop & Start . D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Les exemples indiqués précédemment indiquent la recharge de l'organe de stockage de puissance 12 par l'organe de stockage d'énergie : il est évident que le procédé décrit pourrait aisément s'appliquer au conditionnement de l'organe de stockage d'énergie 14 par l'organe de stockage de puissance 12. De plus, l'organe de stockage de puissance 12 pourrait être un organe de stockage d'énergie, de même que l'organe de 9 stockage d'énergie 14 pourrait être un organe de stockage de puissance. REVENDICATIONS 1. Procédé de surveillance de l'état de charge et de conditionnement d'un premier organe (12) de stockage d'énergie électrique d'un véhicule à moteur comprenant un deuxième organe (14) de stockage d'énergie électrique et des moyens de connexion (16) du premier organe au deuxième organe , le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à contrôler le niveau de charge (EDC(P)) du premier organe lorsque le moteur du véhicule est arrêté, et à commander les moyens de connexion (16) afin de recharger le premier organe (12) à l'aide du deuxième organe (14) lorsque ledit niveau de charge est inférieur ou égal à un niveau de charge prédéterminé (EDC(bas)). 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le niveau de charge (EDC(P)) du premier organe (12) est contrôlé périodiquement à intervalles de temps prédéterminés. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le contrôle du niveau de charge (EDC(P)) du premier organe est arrêté au bout d'un nombre de contrôles prédéterminé. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3 caractérisé en ce que le niveau de charge (EDC(E)) du deuxième organe (14) est comparé à un niveau de seuil bas prédéterminé (EDC(E,seuil)) et en ce que le contrôle périodique du niveau de charge du premier organe est interrompu si le niveau de charge (EDC(E)) du deuxième organe est inférieur audit niveau de seuil bas (EDC(E,seuil)). 5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un signal annonciateur de la demande probable de démarrage du moteur est utilisé pour commander le début du procédé. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que le signal est choisi parmi des signaux représentatifs de l'ouverture d'une portière ou du coffre du véhicule, du déverrouillage d'une serrure de portière ou de coffre, de la présence du conducteur à proximité de ou dans le véhicule et de la mise du contact du véhicule. 11 7. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6 caractérisé en ce que le premier organe (12) est rechargé si ledit signal a été détecté et si le niveau de charge (EDC(P)) du premier organe est inférieur à un seuil (S(P,dem)) du niveau de charge du premier organe permettant le démarrage du moteur, additionné d'une première marge de sécurité (ml ), le moteur étant démarré lorsque le niveau de charge (EDC(P) du premier organe est supérieur ou égal audit seuil de démarrage additionné de ladite marge de sécurité (S(P, dem) + ml ). 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que le premier organe est chargé jusqu'à un niveau de charge correspondant audit seuil (S(P, dem)) additionné d'une deuxième marge de sécurité (m2), avec m2> ml. 9. Système de surveillance de l'état de charge et de conditionnement d'un premier organe (12) de stockage d'énergie électrique d'un véhicule à moteur comprenant un deuxième organe (14) de stockage d'énergie électrique, des moyens de connexion (16) desdits organes entre eux permettant de transférer de l'énergie électrique entre lesdits organes, une machine électrique (10) alimentée par le premier organe (12) et des moyens de commande des moyens de connexion, le système étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de comparaison (18) de l'état de charge (EDC(P) du premier organe à un seuil prédéterminé (EDC(bas)), lesdits moyens de comparaison (18) fonctionnant lorsque le moteur du véhicule est arrêté. 10. Système selon la revendication 9 caractérisé en ce que le premier organe (12) de stockage est un supercondensateur ou une batterie, le deuxième organe de stockage est une batterie, la machine électrique est un alternateur réversible ou un alternateur classique associé à un démarreur et les moyens de connexion (16) sont constitués d'un convertisseur ou d'un contacteur connectant en parallèle les organes de stockage (12, 14). 12 11. Système selon l'une des revendications 9 et 10 caractérisé en ce que lesdits moyens de comparaison (18) sont actionnés par un signal annonciateur de la volonté probable de démarrage du moteur. 12. Système selon la revendication 11 caractérisé en ce que ledit signal est choisi parmi des signaux représentatifs de l'ouverture d'une portière ou du coffre du véhicule, du déverrouillage d'une serrure de portière ou de coffre, de la présence du conducteur et de la mise du contact du véhicule. 13. Système selon l'une des revendications 9 à 12 caractérisé en ce que ledit véhicule est équipé d'un dispositif Stop and Start et en ce que ledit premier organe (12) est un supercondensateur équipant ledit dispositif. 20 25