Brevet FR2928789A1 — publié le 20090918

Stratégie de gestion d'un stockeur électrique [0001] L'invention concerne le domaine du stockage d'énergie électrique sur une application automobile. Plus particulièrement, elle porte sur une stratégie permettant l'échauffement des moyens de stockage électrique dans un véhicule automobile, cet échauffement étant propice à l'amélioration des capacités de charge et de décharge du moyen de stockage. [0002] Un véhicule automobile est généralement mu par un moteur à combustion, mais de nombreuses fonctions du véhicule font appel à l'énergie électrique. On peut citer, de manière non exhaustive et uniquement à titre d'exemples, l'allumage du mélange dans un moteur à essence, l'alimentation des bougies de préchauffage d'un moteur Diesel, l'alimentation du démarreur d'un moteur, l'alimentation de l'ensemble des calculateurs électroniques d'un véhicule, l'alimentation de certaines fonctions de confort (autoradio, vitres électriques, éclairage intérieur, etc.), l'éclairage extérieur, l'actionnement des essuies glace. Les fonctions électriques présentes dans un véhicule sont donc généralement multiples. [0003] Par ailleurs, des véhicules automobiles associant pour leur propulsion un moteur thermique à un ou plusieurs moteurs électriques (véhicules dits hybrides) ont été développés ces dernières années. Les véhicules hybrides étant généralement des hybrides thermiques-électriques, nous les désignons dans le reste de ce mémoire par la seule appellation � véhicules hybrides �. [0004] Que ce soit dans le cadre de véhicules traditionnels ou de véhicules hybrides, et dans le but d'obtenir le meilleur rendement énergétique global sur le véhicule, il est important d'avoir une bonne gestion de l'énergie électrique, que ce soit dans sa production, son stockage ou son utilisation. [0005] En effet, dans le cas d'un véhicule traditionnel ou hybride, l'électricité est produite par conversion en électricité d'une part de l'énergie mécanique générée par d'un moteur à combustion. Cette électricité est utilisée immédiatement ou stockée pour un usage ultérieur. La conversion de l'énergie mécanique est réalisée par un générateur en prise avec le moteur. Il s'agit généralement d'un alternateur ou d'un alterno-démarreur, ce dernier présentant une réversibilité lui permettant de fonctionner comme alternateur ou comme démarreur. Ce dispositif est utilisé notamment dans les véhicules présentant un système d'arrêt et redémarrage du moteur thermique dit � stop and start �, permettant la mise en veille du moteur thermique, c'est-à-dire son arrêt momentané, lors d'une immobilisation temporaire du véhicule (feu tricolore, embouteillage, etc.). [0006] Dans la présente invention, le terme alternateur couvre également la notion d'alterno-démarreur. [0007] Les moyens de stockages utilisés peuvent être de nature diverses, basés sur un stockage de l'électricité mettant en jeu une réaction chimique (oxydoréduction) ou un stockage électrostatique. Dans le premier cas, on parle de batteries. Il peut s'agir, de manière non exhaustive, de batteries au plomb, de batteries dites Nickel-Metal hydrure (Ni-Mh), Nickel-Cadnium (Ni-Cd), Lithium-ion (Li-ion), Lithium-polymère (Li-Po). Dans le second cas, il s'agit de condensateurs ou de supercondensateurs (aussi appelés supercapacités ou ultracapacités). [0008] Nous parlerons indifféremment de moyens de stockage ou de stockeurs pour désigner ces moyens. [0009] Ces stockeurs ont en commun de voir diminuer à basse température leur capacité de stockage mais également leur capacité à débiter un courant de forte intensité. Plus la température interne du stockeur est faible, moins la quantité d'énergie restituable par ce stockeur est importante. De même, si la température interne du stockeur est faible, il est moins à même d'emmagasiner l'énergie produite et n'accepte qu'un faible courant de recharge. Les plages d'utilisation des différents stockeurs varient selon leur nature, on parle couramment de -40°C à 80°C pour les batteries au plomb, de -30 à 65°C pour les batteries Ni-Mh, et de -25°C à 65°C pour les supercapacités. Cependant dans la partie basse de ces plages de température (typiquement, sous 0°C), la capacité de charge et de décharge des stockeurs est fortement limitée. [0010] Les situations de trop faible température interne du stockeur se présentent essentiellement au démarrage du véhicule après un stationnement prolongé dans une atmosphère froide. [0011] Les stockeurs présentent une certaine résistance interne. Il est connu qu'un courant électrique traversant une résistance va générer un échauffement local. C'est ce phénomène que l'invention se propose de mettre judicieusement à profit afin d'échauffer le stockeur. [0012] Traditionnellement, les phases de démarrage sont les seuls moments où le stockeur d'énergie débite un courant de plusieurs dizaines voire plusieurs centaines d'ampères pendant quelques centaines de millisecondes. Le reste du temps, lorsque le moteur thermique fonctionne, le stockeur d'énergie absorbe un courant qui est d'autant plus faible que sa température interne est faible. Ce courant absorbé ne peut être, pour des températures négatives, que de quelques ampères. Le reste de l'énergie électrique fournie par l'alternateur est absorbée par les charges électriques du véhicule. Suite à un démarrage ou un redémarrage, l'alternateur fournit la puissance électrique dès que le moteur thermique est tournant et dès qu'il reçoit un ordre d'amorçage. Dans certains cas, s'il ne reçoit pas cet ordre, l'alternateur s'auto-amorce dès qu'une vitesse dite d'auto- amorçage est atteinte. L'alternateur fournit donc systématiquement et rapidement une énergie électrique après un démarrage (ou redémarrage). [0013] Il est connu au travers du brevet FR2831726 de Renault de faire un conditionnement thermique de la batterie au démarrage en effectuant un cycle de décharge avant d'utiliser la batterie effectivement pour la fonction souhaitée. En pratique, cela revient à activer le démarreur sans injecter de carburant, et commencer l'injection quand la batterie est conditionnée en température. Cette solution n'est pas adéquate, car elle entraine un délai au démarrage d'une part, et d'autre part l'énergie déchargée pour échauffer la batterie est dépensée en pure perte. [0014] S'il apparait donc judicieux d'échauffer les stockeurs électriques d'un véhicule pour en améliorer les performances, la problématique est de trouver une solution permettant de le faire d'une façon simple, minimisant au maximum l'énergie perdue pour cet échauffement, et ne dégradant pas par ailleurs les prestations du véhicule. [0015] La présente invention apporte une solution à cette problématique et améliore la gestion du stockage de l'électricité dans un véhicule automobile en proposant une stratégie simple de pilotage des systèmes électriques permettant de réchauffer les moyens de stockage. [0016] Dans l'invention, la stratégie proposée consiste à inhiber l'alternateur au démarrage pendant une phase suivant le démarrage. Cette stratégie pourra être appliquée, selon les variantes de l'invention, soit après chaque démarrage pendant une durée donnée, soit sous condition de température du stockeur (typiquement, si la température du stockeur est inférieure à une température donnée), soit les deux (arrêt de la stratégie dès qu'une condition de durée ou de température est remplie) [0017] L'invention consiste à mettre en place une stratégie d'échauffement du stockeur d'énergie en retardant par exemple de plusieurs secondes le moment où l'alternateur s'amorce et donc se met à débiter un courant. On crée ainsi une phase pendant laquelle le stockeur débite un courant pour fournir de la puissance électrique aux charges du véhicule. Sur un véhicule moderne, on a en général besoin de plusieurs dizaines d'ampères pour alimenter les diverses fonctions électriques mises en jeu pendant l'utilisation du véhicule. Ce courant de plusieurs dizaines d'ampères améliorera significativement l'échauffement du stockeur d'énergie. [0018] On définit l'amorçage comme la mise en route d'un alternateur ou le passage en mode de production d'électricité d'un alterno-démarreur. Selon la stratégie mise en place, on crée une phase pendant laquelle le moteur thermique est tournant et l'alternateur n'est pas amorcé. Pour cela il ne faut pas envoyer d'ordre d'amorçage et inhiber, si nécessaire, l'auto-amorçage. Pendant cette phase, un stockeur d'énergie froid pourra débiter un courant de plusieurs dizaines d'ampères et se réchauffer (alors qu'il ne serait capable d'absorber qu'un courant de quelques ampères). Ce réchauffement favorisera ensuite la recharge du stockeur d'énergie. [0019] Plus précisément, l'invention concerne donc une stratégie de gestion d'au moins un stockeur d'énergie électrique dans un véhicule automobile muni d'un moteur à combustion, caractérisée en ce qu'on inhibe les moyens de recharge dudit stockeur pendant une phase successive à un démarrage ou un redémarrage du moteur à combustion de sorte qu'on favorise l'échauffement dudit stockeur en lui faisant débiter un courant pour l'alimentation de charges électriques du véhicule. Cette phase d'inhibition peut être d'une durée fixée, typiquement comprise entre 5 et 60 secondes et préférentiellement entre 5 et 15 secondes, ou durer tant qu'une température fixée n'a pas été atteinte, typiquement entre 0°C et 40°C, ou encore durer jusqu'à ce qu'une des deux conditions précédentes soit remplie. [0020] Bien évidemment, si le niveau de charge du stockeur est faible lors d'un démarrage, l'application de cette stratégie ne doit pas avoir lieu, au risque de compromettre le bon fonctionnement du véhicule ou d'engendrer une décharge profonde du stockeur. Une décharge profonde peut endommager certains types de stockeurs, notamment les batteries Ni-Mh, Li-ion ou Li-Po. Préférentiellement, le stockeur sera donc muni d'un dispositif permettant d'en contrôler l'état de charge. Dans une variante de la stratégie proposée, on autorise donc l'inhibition des moyens de charge uniquement si le niveau de charge est supérieur un niveau de charge prédéterminé, par exemple le niveau qui permette au minimum un nouveau démarrage du moteur en tenant compte de l'énergie dépensée lors du démarrage et de la phase d'inhibition. Dans une autre variante de la stratégie, on arrête la phase d'inhibition dès que le niveau de charge du stockeur atteint un minimum fixé. Ce minimum peut par exemple correspondre à la quantité d'énergie minimale pour assurer de façon certaine un nouveau démarrage du moteur. [0021] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement la stratégie et ses effets. [0022] La figure 1 présente l'intensité du courant électrique circulant dans le stockeur pendant une séquence de démarrage d'un véhicule à moteur à combustion, selon l'art antérieur, en l'absence de la stratégie objet de l'invention. [0023] La figure 2 présente l'intensité du courant électrique circulant dans le stockeur pendant une séquence de démarrage d'un véhicule, en employant la stratégie développée dans l'invention. [0024] Sur la figure 1, l'intensité du courant circulant dans le stockeur est portée en ordonnée, tandis que l'abscisse présente une échelle temporelle. On est ici dans le cadre du démarrage d'un moteur selon l'état de l'art connu. Dans une première phase 1, le moteur est arrêté. Il peut s'agir d'un arrêt à proprement parler, ou d'une phase dite de veille dans le cadre d'un véhicule hybride ou muni d'un système � stop and start �. Le stockeur ne débite quasiment pas de courant, tout au plus un très faible courant pour le maintien en veille de certaines fonctions, par exemple l'horloge du véhicule. [0025] Après un certain temps, le moteur est démarré et une phase de démarrage 2 commence alors. La phase de démarrage 2 dure en général moins d'une seconde. Pendant cette phase 2, le démarreur entraine le moteur en rotation. Le stockeur débite un courant de forte intensité pour alimenter le démarreur. L'intensité de ce courant est typiquement de plusieurs dizaines d'ampères, voire de plusieurs centaines d'ampères. L'énergie nécessaire à la à la mise en rotation du moteur diminuant, l'intensité du courant diminue tandis que le moteur se met en mouvement. [0026] Dans la phase 3, le démarrage est terminé, le moteur tourne. Dès que le moteur est lancé, le démarreur n'est plus alimenté et l'intensité du courant débité par le stockeur chute alors rapidement. L'alternateur ou l'alterno-démarreur est alors amorcé et commence à produire de l'électricité, qui est immédiatement disponible pour être utilisée par les divers consommateurs ou stockée par le moyen de stockage. [0027] On constate donc que la seule phase pendant laquelle le stockeur a été traversé par un courant de forte intensité est la phase de démarrage 2, soit pendant moins d'une seconde. Le stockeur n'a donc été que brièvement échauffé pendant cette séquence de démarrage. S'il était froid avant le démarrage, il l'est toujours, et ne peut accepter qu'un faible courant de charge. Sa capacité de recharge est altérée par sa faible température interne. [0028] Sur la figure 2, la séquence observée est la même, mais la stratégie proposée dans l'invention est appliquée. On suppose sur cette figure que le niveau de charge de la batterie est suffisant pour appliquer la stratégie d'inhibition des moyens de recharge, et que le niveau de charge de la batterie reste suffisant pendant la phase d'inhibition pour ne pas l'interrompre prématurément. [0029] Dans une première phase 1', le moteur est arrêté. Au bout du même temps que sur la figure 1, le démarreur ou l'alterno-démarreur est actionné pendant une phase 2'. Le stockeur est traversé par un courant d'une intensité importante, de plusieurs dizaines d'ampères, voire de plusieurs centaines d'ampères. Comme précédemment, l'intensité du courant diminue tandis que le moteur commence à être mis en mouvement. [0030] Lorsque le moteur est démarré, le démarreur n'est plus actionné, et le courant traversant le stockeur chute brutalement. Cependant, par l'application de la stratégie développée, le fonctionnement de l'alternateur est inhibé pendant une phase 4. Les différentes charges électriques demandées par le véhicule sont tirées directement du stockeur, qui continue donc à débiter un courant significatif. Ce courant favorise son échauffement. [0031] Après un temps fixé, ou, selon une deuxième variante de l'invention lorsque la température du stockeur mesurée ou estimée a dépassé un seuil, ou selon une troisième variante dès que l'une des deux conditions précédente est remplie, on met fin à cette phase 4 en arrêtant d'inhiber le fonctionnement de l'alternateur. [0032] Commence alors une phase 3' similaire à la phase 3 de la figure 1. L'alternateur fournit l'électricité pour répondre aux différentes charges du véhicule, ainsi que pour recharger le stockeur. [0033] Le stockeur ayant été chauffé au cours du démarrage et de la phase 4 par la stratégie appliquée, il est à même d'accepter un courant de charge supérieur à ce qu'il accepterait à froid. Sa capacité est également améliorée. Revendications : 1. Stratégie de gestion d'au moins un stockeur d'énergie électrique dans un véhicule automobile muni d'un moteur à combustion, caractérisée en ce qu'on inhibe les moyens de recharge dudit stockeur pendant une phase d'inhibition (4) successive à une phase de démarrage (2) du moteur à combustion de sorte qu'on favorise l'échauffement dudit stockeur en lui faisant débiter un courant pour l'alimentation de charges électriques du véhicule 2. Stratégie de gestion d'au moins un stockeur d'énergie électrique dans un véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisée en ce que la phase d'inhibition (4) des moyens de recharge a une durée fixée. 3. Stratégie de gestion d'au moins un stockeur d'énergie électrique dans un véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisée en ce que la phase d'inhibition (4) des moyens de recharge dure tant que le stockeur n'a pas atteint une température d'arrêt d'inhibition fixée. 4. Stratégie de gestion d'au moins un stockeur d'énergie électrique dans un véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisée en ce que la phase d'inhibition (4) des moyens de recharge est arrêtée lorsque le stockeur descend à un niveau de charge minimum fixé. 5. Stratégie selon la revendication 1 prenant en compte au moins deux conditions parmi : écoulement d'une durée d'inhibition fixée, atteinte par le stockeur d'une température d'arrêt d'inhibition fixée, descente du stockeur à un niveau de charge minimum fixé, caractérisée en ce que la phase d'inhibition (4) des moyens de recharge s'arrête dès qu'une des conditions prise en compte est réalisée. 6. Stratégie selon la revendication 2 ou la revendication 5, caractérisée en ce que la durée d'inhibition fixée est comprise entre 5 et 60 secondes. 7. Stratégie selon la revendication 3 ou la revendication 5, caractérisée en ce que la température d'arrêt d'inhibition fixée est comprise entre 0°C et 40°C. 8. Stratégie selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisée en ce que le niveau de charge minimum fixé correspond à la quantité minimale d'énergie pour assurer de façon certaine un démarrage du moteur à combustion. 9. Stratégie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'on autorise l'inhibition des moyens de recharge uniquement si le niveau de charge du stockeur lors du démarrage est supérieur à un niveau de charge prédéterminé.5