Brevet FR2935156A1 — publié le 20100226

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DEMARRAGE D'UN MOTEUR THERMIQUE, SUPPORT D'ENREGISTREMENT POUR CE PROCEDE ET VEHICULE EQUIPE DE CE DISPOSITIF. [000i ~ L'invention concerne un procédé et un dispositif de démarrage d'un moteur thermique. L'invention concerne également un support d'enregistrement d'informations pour la mise en oeuvre de ce procédé ainsi qu'un véhicule équipé du dispositif de démarrage. [0002 Les procédés connus de démarrage d'un moteur thermique comprennent la connexion électrique d'un pack de supercondensateurs, en plus d'une batterie électrochimique, à un réseau d'alimentation pour fournir un surplus d'énergie électrique à un démarreur du moteur thermique. En alternance, le pack de supercondensateurs est déconnecté électriquement du réseau d'alimentation. Le démarreur électrique est alimenté à partir du réseau d'alimentation pour démarrer le moteur thermique. [0003] Un pack de supercondensateurs est composé d'un ou plusieurs supercondensateurs raccordés, de préférence, en série. Un supercondensateur est un condensateur qui présente une capacité par unité de surface de ses électrodes en vis-à-vis très supérieure au condensateur classique c'est-à-dire supérieure à 0,1 F/m2 et de préférence supérieure à 0,3 F/m2. A cause de ces propriétés, les supercondensateurs présentent une densité de puissance élevée (c'est-à-dire supérieure à 1000 W/kg) et une densité d'énergie élevée (c'est-à-dire supérieure à 0,5 Wh/kg). [0004] Dans les procédés connus, l'étape d'alimentation du démarreur électrique par le réseau d'alimentation est réalisée avant l'étape de connexion du pack de supercondensateurs à ce réseau. En effet, on essaye d'abord d'alimenter le démarreur à partir de l'énergie stockée dans la batterie électrochimique puis, seulement si celle-ci est insuffisante, on vient connecter le pack de supercondensateurs au réseau d'alimentation. [0005] Par exemple, la demande de brevet W02008000981 décrit un procédé de démarrage dans lequel le pack de supercondensateurs est connecté au réseau d'alimentation uniquement si la tension Ubus sur le réseau est strictement inférieure à une tension de consigne Uconsigne. En effet, si la batterie électrochimique est incapable de fournir l'énergie électrique nécessaire au démarreur pour démarrer le moteur thermique, cela se traduit par une chute de la tension Ubus sur le réseau d'alimentation. Dans ces conditions, le pack de supercondensateurs est connecté au réseau d'alimentation pour pallier à cette chute de tension et donc permettre un démarrage correct du moteur thermique. [0006 1 Toutefois, il est souhaitable d'accélérer ou de faciliter encore plus le démarrage d'un moteur thermique. [00071 L'invention vise à satisfaire ce souhait en proposant un procédé de démarrage d'un moteur thermique dans lequel l'étape de connexion du pack de supercondensateurs est réalisée avant le début de l'étape de connexion du démarreur thermique. [0008 1 Dans le procédé ci-dessus, le pack de supercondensateurs est connecté au réseau d'alimentation avant que débute l'alimentation du démarreur. Ainsi, contrairement au procédé connu, dès le début, le démarreur peut puiser de l'énergie électrique à la fois dans la batterie électrochimique et dans le pack de supercondensateurs. Le démarrage du moteur thermique s'en trouve accéléré et facilité. [0009] Les modes de réalisation de ce procédé peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : • la connexion électrique du pack de supercondensateurs au réseau d'alimentation avant le début de l'étape c) est déclenchée en réponse à la mise sous tension d'un réseau de transmission d'informations entre un ou plusieurs calculateurs embarqués et un ou plusieurs capteurs embarqués dans un véhicule équipé du moteur thermique ; • avant le début de l'étape de connexion du démarreur électrique, , le procédé comprend : - la détermination de la capacité de la batterie électrochimique à assurer à elle seule une alimentation satisfaisante du démarreur pour le démarrage du moteur thermique, - la détermination de la capacité du pack de supercondensateurs à fournir le surplus d'énergie électrique nécessaire au démarreur pour obtenir l'alimentation satisfaisante du démarreur, et - la connexion et, en alternance, la non-connexion électrique du pack de supercondensateurs au réseau d'alimentation en fonction du résultat de ces déterminations ; • la mesure ou l'estimation de l'état de charge, de l'état de santé et de la température de la batterie et la détermination de la capacité de la batterie à assurer à elle seule l'alimentation du démarreur est réalisée en fonction de ces mesures ou estimations ; • la mesure ou l'estimation de la tension aux bornes du pack de supercondensateurs et la détermination de la capacité du pack de supercondensateurs à fournir le surplus d'énergie électrique nécessaire au démarreur est réalisée en fonction de cette mesure de tension ; • l'étape de connexion du pack de supercondensateurs est déclenchée si l'état de charge ou l'état de santé ou la température de la batterie électrochimique est inférieure à un premier seuil prédéterminé et si la tension aux bornes du pack de supercondensateurs est supérieure à un second seuil prédéterminé et sinon le pack de supercondensateurs n'est pas connecté au réseau d'alimentation avant le début de l'étape c) ; • après le démarrage du moteur thermique, la connexion électrique du pack de supercondensateurs en parallèle des bornes de la batterie électrochimique si l'état de charge, l'état de santé et la température de la batterie sont supérieurs à des troisièmes seuils respectifs prédéterminés et si la tension aux bornes du pack de supercondendateurs est inférieure à un quatrième seuil prédéterminé. [col o ] Ces modes de réalisation du procédé présentent de nombreux avantages. Ainsi, la connexion systématique du pack de supercondensateurs avant l'alimentation du démarreur ne nécessite aucune mesure ou rapatriement d'informations sur l'état de charge de la batterie ou sur des tensions pour commander la connexion du pack de supercondensateurs au réseau d'alimentation. La prise en compte de la capacité de la batterie électrochimique à assurer à elle seule l'alimentation du démarreur et de la capacité du pack de supercondensateurs à fournir le surplus d'énergie électrique demandé par le démarreur permet de ne connecter le pack de supercondensateurs pour le démarrage du moteur thermique que si cela est véritablement nécessaire et utile. La détermination de la capacité de la batterie à assurer à elle seule l'alimentation du démarreur à partir de mesures de l'état de charge, de l'état de santé et de la température de cette batterie accroît la fiabilité du procédé. La détermination de la capacité du pack de supercondensateurs à fournir le surplus d'énergie électrique nécessaire à partir de la mesure de la tension aux bornes de ce pack accroît la fiabilité du procédé. Connecter le pack de supercondensateurs au réseau d'alimentation uniquement si l'état de charge ou l'état de santé ou la température de la batterie sont inférieurs à un seuil prédéterminé respectif permet de limiter l'utilisation du pack de supercondensateurs. Et la mesure de l'état de charge, de l'état de santé et de la température de la batterie avant la connexion du pack de supercondensateurs au réseau d'alimentation pour être rechargé permet de ne réaliser cette connexion que lorsque le rechargement du pack de supercondensateurs est nécessaire et possible. [ooi i ] L'invention a également pour objet un support d'enregistrement d'informations comportant des instructions pour l'exécution du procédé de démarrage ci-dessus, lorsque ces instructions sont exécutées par un calculateur électronique. [001 2 ] L'invention a également pour objet un dispositif de démarrage d'un moteur thermique comprenant au moins un interrupteur pour connecter électriquement un pack de supercondensateurs, en plus d'une batterie électrochimique, à un réseau d'alimentation pour fournir un surplus d'énergie électrique à un démarreur du moteur thermique et, en alternance, pour déconnecter électriquement le pack de supercondensateurs du réseau d'alimentation, un démarreur électrique alimenté à partir du réseau d'alimentation pour démarrer le moteur thermique, et une unité de commande dudit au moins un interrupteur apte à commander l'interrupteur pour connecter électriquement le pack de supercondensateurs au réseau d'alimentation avant le début de l'alimentation du démarreur. [0013] Enfin, l'invention a également pour objet un véhicule équipé du dispositif de 5 démarrage du moteur thermique ci-dessus. [0014 ] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : • la figure 1 est une illustration schématique d'un véhicule équipé d'un dispositif de 10 démarrage d'un moteur thermique, • la figure 2 est un organigramme d'un procédé de démarrage du moteur thermique du véhicule de la figure 1, • la figure 3 est une illustration schématique d'un autre mode de réalisation d'un dispositif de démarrage du moteur thermique d'un véhicule, et 15 • la figure 4 est un organigramme d'un procédé de démarrage du moteur thermique du véhicule de la figure 3. [0015] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail. [0016] La figure 1 représente un véhicule 2 équipé d'un moteur thermique 4. Le 20 véhicule 2 est par exemple un véhicule automobile tel qu'une voiture. Par exemple, le moteur 4 est un moteur thermique à combustion interne propre à entraîner les roues motrices du véhicule 2. Sur la figure 1, seule une roue motrice 6 est visible. [0017] Le véhicule 2 est équipé d'un dispositif 10 de démarrage du moteur 4. Ce dispositif 10 comprend : • un démarreur électrique 12 apte à entraîner en rotation l'arbre d'entraînement du moteur 4 pour déclencher sa mise en route, • un réseau d'alimentation 14 raccordant le démarreur 12 à une batterie électrochimique 16, • la batterie électrochimique 16 telle qu'une batterie au plomb, et • un pack 18 de supercondensateurs connectable au réseau 14 par l'intermédiaire d'un relais commandable 20. [0018] Dans ce mode de réalisation, un alternateur 22 ainsi que d'autres charges électriques 24 et 26 sont raccordés au réseau 14. L'alternateur 22 permet de produire de l'énergie électrique à partir du mouvement de rotation des roues motrices pour recharger la batterie 16 et le pack 18 de supercondensateurs. [0019] Les charges électriques 24 et 26 sont des organes du véhicule 2 consommant de l'électricité tels que la climatisation et le chauffage. [0020 ] Ici, le pack 18 est formé de supercondensateurs 28 raccordés en série. Le nombre de supercondensateurs raccordés en série est choisi de manière à ce que la tension entre les bornes du pack 18 soit sensiblement égale, lorsqu'il est chargé, à la tension entre les bornes de la batterie 16 lorsqu'elle est chargée. Ceci permet d'éviter le recours à un convertisseur continu/continu pour raccorder le pack 18 aux bornes de la batterie 16. Par sensiblement égale, on désigne ici le fait que les tensions sons égales les unes aux autres à plus ou moins 15% près. Par exemple, la tension aux bornes du pack 18 est ici de 12,8 Volts. Le pack 18 est connecté en parallèle à la batterie 16. [0021 ] Le dispositif 10 comprend également une unité 30 de commande du relais 20. Cette unité 30 est raccordée à un ensemble 32 de capteurs d'informations sur l'état du réseau 14. Ici, cet ensemble 32 comprend : • un capteur 34 de l'état de charge de la batterie 16, • un estimateur 36 de l'état de santé de la batterie 16, • un capteur 38 de la température de la batterie 16, et • un capteur 40 de la tension aux bornes du pack 18. [0022] L'estimateur 36 détermine l'état de santé de la batterie 16 notamment en 5 fonction du nombre de cycles de charge et de décharge subis jusqu'à présent par cette batterie 16. [0023] L'unité 30 de commande est apte à mettre en oeuvre le procédé de la figure 2. Par exemple, cette unité 30 est réalisée à partir d'un calculateur électronique programmable apte à exécuter des instructions enregistrées sur un support 10 d'enregistrement d'informations. A cet effet, l'unité 30 est ici raccordée à une mémoire 42 contentant des instructions pour l'exécution du procédé de la figure 2. [0024] Le fonctionnement du dispositif 10 va maintenant être décrit en regard du procédé de la figure 2. [0025] Le véhicule 2 est parqué et garé moteur 4 à l'arrêt. Ensuite, le conducteur 15 tourne la clé de contact pour démarrer le moteur 4. [0026] Initialement, avant l'alimentation du démarreur 12 pour démarrer le moteur 4, lors d'une étape 50, différentes mesures et estimations sont réalisées. Plus précisément, lors de cette étape 50, l'état de charge, l'état de santé et la température de la batterie 16 ainsi que la tension aux bornes du pack 18 sont mesurés ou estimés 20 à l'aide des capteurs et estimateurs de l'ensemble 32. [0027] Ensuite, lors d'une étape 52, l'unité 30 détermine à partir de ces mesures et estimations la capacité de la batterie 16 à fournir à elle seule l'énergie nécessaire et suffisante pour permettre un démarrage satisfaisant du moteur 4. Par exemple, lors de l'étape 52, l'unité 30 détermine si l'une des grandeurs physiques parmi l'état de 25 charge, l'état de santé et la température de la batterie 16 est inférieure à un seuil prédéterminé respectif Si. Dans l'affirmatif, l'unité 30 détermine que la batterie est actuellement incapable de fournir l'énergie nécessaire à un démarrage satisfaisant du moteur 4. Dans ce cas, il est procédé à une étape 54 de détermination de la capacité du pack 18 à fournir le surplus nécessaire d'énergie électrique permettant un démarrage satisfaisant du moteur 4. Par exemple, lors de l'étape 54, la tension aux bornes du pack 18 est comparée à un seuil prédéterminé S2. Si la tension aux bornes du pack 18 est supérieure à ce seuil S2, alors l'unité 30 détermine que le pack 18 est actuellement capable de fournir le surplus d'énergie nécessaire au démarreur 12. Dans ces conditions, il est procédé à une étape 56 de connexion du pack 18 au réseau d'alimentation 14. Lors de l'étape 56, l'unité 30 commande la fermeture du relais 20 de manière à raccorder le pack 18 en parallèle aux bornes de la batterie 16. [0028 Dans le cas où lors de l'étape 52, il est déterminé que la batterie est capable à elle seule de fournir l'énergie électrique permettant un démarrage satisfaisant du moteur 4 ou dans le cas où lors de l'étape 54, il est déterminé que le pack 18 n'est actuellement pas capable de fournir le surplus d'énergie nécessaire, alors il est procédé à une étape 58 de non-connexion du pack 18 au réseau 14. Par exemple, lors de l'étape 58, l'unité 30 commande l'ouverture du relais 20 ou le maintien ouvert de ce relais 20 de manière à ce que le pack 18 soit électriquement isolé du réseau 14 d'alimentation. [0029] A l'issue de l'étape 56 ou 58, il est procédé à une étape 60 d'alimentation du démarreur 12 pour démarrer le moteur 4. Lors de cette étape 60, le démarreur 12 puise l'énergie électrique nécessaire à son fonctionnement soit uniquement dans la batterie 16 soit à la fois dans la batterie 16 et le pack 18 en fonction des résultats des déterminations réalisées lors des étapes 52 et 54. [0030 ] Après le démarrage du moteur 4 d'autres stratégies sont utilisées pour déconnecter et, en alternance, connecter le pack 18 au réseau 14. [0031 ] Par exemple, une fois le moteur thermique démarré, lors d'une étape 62, il est procédé au stockage d'énergie dans le pack 18 si les conditions suivantes sont satisfaites : 1 ù l'état de charge, l'état de santé et la température de la batterie 16 sont supérieurs à des seuils prédéterminés respectifs Si', et 2 ù la tension aux bornes du pack 18 est inférieure à un seuil prédéterminé S3. [0032] Par exemple, si ces conditions sont satisfaites, l'unité 30 commande la fermeture du relais 20 pour recharger le pack 18 à partir de l'énergie stockée dans la batterie 16 et/ou à partir de l'énergie électrique générée par l'alternateur 22. [0033] La figure 3 représente un autre véhicule 70 équipé de calculateurs électroniques raccordés à différents capteurs par l'intermédiaire d'un réseau 72 de transmission d'informations embarqué dans ce véhicule. Pour simplifier la figure 3, seul un calculateur électronique 74 et deux capteurs 76 et 78 ont été représentés. Le calculateur 74 est par exemple un calculateur ECU (Electronic Control Unit). [0034] Typiquement, le réseau 72 est un réseau normalisé tel qu'un bus CAN (Control Area Network). Lorsque le réseau 72 est un bus CAN, il comporte un conducteur électrique servant à l'alimentation des capteurs 76 et 78. Ce conducteur est connu sous la référence de � +CAN �. Lorsque le véhicule 70 est garé et à l'arrêt, l'alimentation sur le conducteur +CAN chute. A l'inverse, lorsque le véhicule 70 est réveillé, l'alimentation sur ce conducteur +CAN remonte. Typiquement, cette alimentation est proche de 12 Volts. [0035] Le véhicule 70 est également équipé d'un dispositif 80 de démarrage du moteur thermique 4. Ce dispositif 80 est identique au dispositif 10 à l'exception du fait que l'unité 30 de commande est remplacée par une unité 82 et que l'ensemble 32 de capteurs d'état du réseau 14 est omis. [0036] Ici, l'unité 82 commande systématiquement la fermeture du relais 20 avant l'alimentation du démarreur 12. A cet effet, dès que l'alimentation est présente sur le conducteur +CAN du réseau 72, l'unité 82 commande la fermeture du relais 20. A l'inverse, l'unité 82 commande systématiquement l'ouverture du relais 20 lorsque l'alimentation sur le conducteur +CAN chute. Dans ce mode de réalisation, l'unité de commande 82 peut être aussi simple qu'un solénoïde alimenté à partir du conducteur +CAN et propre à actionner la fermeture du relais 20. [0037] Le fonctionnement du dispositif 80 va maintenant être décrit en regard du procédé de la figure 4. [0038] Initialement, le véhicule est garé et à l'arrêt, moteur éteint. Lors d'une étape 90, le conducteur s'approche de son véhicule et le déverrouille. Par exemple, le déverrouillage peut être déclenché à distance à partir d'une commande radio ou par l'introduction de la clef de contact dans une serrure du véhicule. Le déverrouillage du véhicule provoque la mise sous tension du conducteur +CAN du réseau 72. [0039] Dès lors, lors d'une étape 92, en réponse à cette mise sous tension du conducteur +CAN, l'unité 82 connecte le pack 18 en parallèle des bornes de la batterie 16. Plus précisément, lors de l'étape 92, l'unité 82 commande la fermeture du relais 20. [0040 ] Cette fermeture systématique du relais 20 avant le démarrage du moteur thermique 4 permet de recharger le pack 18 si la tension aux bornes de ce pack est inférieure à la tension aux bornes de la batterie 16. [0041 ] Ensuite, lors d'une étape 94, le conducteur déclenche le démarrage du moteur 4. En réponse, le démarreur 12 est alimenté à la fois à partir de la batterie 16 et à partir du pack 18 de supercondensateurs. Ainsi, dès le début du démarrage, le démarreur 12 puise de l'énergie à la fois à partir de la batterie 12 et du pack 18. [0042 De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, le démarreur 12 peut être un alternodémarreur. Dans ce cas, l'alternateur 22 est omis. [0043] Le relais 20 peut être remplacé par un convertisseur continu/continu si la tension aux bornes du pack de supercondensateurs est très différente de la tension aux bornes de la batterie électrochimique de façon à permettre un échange d'énergies entre ces deux sources de stockage d'énergie. [0044] Les grandeurs mesurées peuvent être estimées et vice versa. [0045] Le pack de supercondensateurs peut, en variante, contenir un seul 25 supercondensateur. REVENDICATIONS1. Procédé de démarrage d'un moteur thermique comprenant une étape c) d'alimentation (60 ; 94) d'un démarreur électrique à partir d'un réseau d'alimentation connecté à une batterie électrochimique pour démarrer le moteur thermique, et éventuellement une étape a) de connexion électrique (56 ; 92) d'un pack de supercondensateurs au réseau d'alimentation pour fournir un surplus d'énergie électrique au démarreur électrique et en alternance, une étape b) de déconnexion (58) électrique du pack de supercondensateurs du réseau d'alimentation, caractérisé en ce que lorsque l'étape a) est réalisée, elle l'est avant le début de l'étape c). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la connexion (92) électrique du pack de supercondensateurs au réseau d'alimentation avant le début de l'étape c) est déclenchée en réponse à la mise sous tension d'un réseau de transmission d'informations entre un ou plusieurs calculateurs embarqués et un ou plusieurs capteurs embarqués dans un véhicule équipé du moteur thermique. 3. Procédé selon la revendication 1 comprenant de plus, avant le début de l'étape c), la détermination (52) de la capacité de la batterie électrochimique à assurer à elle seule une alimentation satisfaisante du démarreur pour le démarrage du moteur thermique, la détermination (56) de la capacité du pack de supercondensateurs à fournir le surplus d'énergie électrique nécessaire au démarreur pour obtenir l'alimentation satisfaisante du démarreur, et la connexion (56) et, en alternance, la non-connexion électrique (58) du pack de supercondensateurs au réseau d'alimentation en fonction du résultat de ces déterminations. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend la mesure (50) ou l'estimation de l'état de charge, de l'état de santé et de la température de la batterie et la détermination (52) de la capacité de la batterie à assurer àelle seule l'alimentation du démarreur est réalisée en fonction de ces mesures ou estimations. 5. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel le procédé comprend la mesure (50) ou l'estimation de la tension aux bornes du pack de supercondensateurs et la détermination (56) de la capacité du pack de supercondensateurs à fournir le surplus d'énergie électrique nécessaire au démarreur est réalisée en fonction de cette mesure de tension. 6. Procédé selon les revendications 4 et 5, dans lequel l'étape a) (56) est déclenchée si l'état de charge ou l'état de santé ou la température de la batterie électrochimique est inférieure à un premier seuil prédéterminé et si la tension aux bornes du pack de supercondensateurs est supérieure à un second seuil prédéterminé et sinon le pack de supercondensateurs n'est pas connecté (58) au réseau d'alimentation avant le début de l'étape c). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé comprend, après le démarrage du moteur thermique, la connexion électrique (62) du pack de supercondensateurs en parallèle des bornes de la batterie électrochimique si l'état de charge, l'état de santé et la température de la batterie sont supérieurs à des troisièmes seuils respectifs prédéterminés et si la tension aux bornes du pack de supercondendateurs est inférieure à un quatrième seuil prédéterminé. 8. Support d'enregistrement d'informations (42), caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour l'exécution d'un procédé de démarrage conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, lorsque ces instructions sont exécutées par un calculateur électronique. 9. Dispositif de démarrage d'un moteur thermique comprenant au moins un interrupteur (20) pour connecter électriquement un pack (18) de supercondensateurs, en plus d'une batterie électrochimique (16), à un réseau d'alimentation pour fournir un surplus d'énergie électrique à un démarreur du moteur thermique et, en alternance, pour déconnecter électriquement le pack de supercondensateurs du réseau d'alimentation, et un démarreur électrique(12) alimenté à partir du réseau d'alimentation pour démarrer le moteur thermique, caractérisé en ce que le dispositif comprend une unité (30 ; 82) de commande dudit au moins un interrupteur (20) apte à commander l'interrupteur pour connecter électriquement le pack de supercondensateurs au réseau d'alimentation avant le début de l'alimentation du démarreur. 10. Véhicule (2 ; 70) caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif (10 ; 80) de démarrage d'un moteur thermique conforme à la revendication 9.