Brevet FR2933355A1 — publié le 20100108

" PROCEDE ET SYSTEME DE STOCKAGE D'UNE CHARGE ELECTRIQUE ". L'invention concerne un procédé de contrôle d'une charge électrique dans un système de véhicule hybride qui est destiné à au moins deux types de roulage comprenant un roulage de type urbain et un roulage de type suburbain et qui comporte un stockeur électrique et une machine électrique. L'invention concerne aussi un système de stockage agencé pour mettre en oeuvre le procédé de contrôle et un procédé de dimensionnement du système de stockage. Dans un véhicule hybride, la charge d'un stockeur électrique est utile pour faire participer une machine électrique à la propulsion du véhicule. Pour être utilisable sans risque de détérioration du stockeur, la charge doit être dans une plage de valeurs, dite utile. Une valeur basse de la plage correspond généralement à la charge minimale à assurer pour alimenter des accessoires sans vider totalement le stockeur, ce qui aurait pour effet de le mettre hors service. Une valeur haute de la plage correspond généralement à une sécurité contre les risques de surcharge du stockeur, ce qui aurait pour effet un vieillissement prématuré, voire une destruction du stockeur. Tant que le véhicule est en état de marche, on contrôle généralement la charge de façon à ne pas descendre en dessous de la valeur basse et à ne pas monter au dessus de la valeur haute de la plage. La charge évolue entre la valeur basse et la valeur haute en fonction du mouvement du véhicule. Il est en particulier possible de recharger le stockeur lorsque la charge baisse en mettant à contribution un moteur thermique ou une énergie cinétique du véhicule. Lorsque le véhicule est à l'arrêt, la charge du stockeur diminue en fonction de la consommation d'accessoires. Dans le domaine technique du contrôle de charge, le document WO2002/058209, divulgue un procédé dans lequel une fréquence de cycle est liée à une taille de batterie et à d'autres paramètres. Le procédé se base sur une augmentation de robustesse par augmentation de la taille de la batterie. Le document US7173396 divulgue un véhicule hybride avec contrôle de batterie qui détermine des autorisations de charge et de décharge variables selon les conditions opérationnelles de fonctionnement. Le document US2005/0228553 divulgue un système de gestion d'énergie pour véhicule hybride qui cherche à remédier aux différences comportementales du véhicule en passant d'un type de roulage à un autre, au moyen d'un dispositif de prédiction des types de roulage sur un itinéraire prédéterminé. L'état antérieur de la technique cherche à récupérer un maximum d'énergie possible sur les types de roulage propices à la récupération d'énergie électrique tel que c'est le cas du roulage de type suburbain en espérant offrir une grande quantité d'énergie stockée sur les types de roulage plus fortement consommateurs d'énergie électrique tel que c'est le cas du roulage de type urbain. Cette approche tend vers un emploi de stockeurs d'énergie à forte capacité qui posent des problèmes de poids et d'encombrement dont les répercutions en termes d'énergie cinétique sont défavorables au roulage de type urbain. L'énergie récupérable en roulage de type suburbain n'est en fait disponible qu'en début de roulage de type urbain et corrélativement, l'énergie en roulage suburbain est essentiellement récupérable en sortant d'un roulage de type urbain qui vide la batterie. Le comportement variable du véhicule en roulage de type urbain selon le fait d'entrer dans ce type de roulage ou d'y être de façon prolongée, pose un problème de robustesse. Un but de l'invention est de rendre robuste la prestation de roulage et la consommation sur chaque type de roulage indépendamment les uns des autres. Un but de l'invention est encore de minimiser 5 l'énergie utile du stockeur électrique. Pour remédier aux problèmes de l'état antérieur de la technique, un objet de l'invention est un procédé de contrôle d'une charge électrique dans un système de véhicule hybride qui est destiné à au moins deux types de 10 roulages comprenant un roulage de type urbain et un roulage de type suburbain et qui comporte un stockeur électrique et une machine électrique. Le procédé comprend - une première étape pour autoriser de charger le 15 stockeur et interdire de décharger le stockeur lorsqu'un seuil bas est atteint ; et - une deuxième étape pour autoriser de décharger le stockeur et interdire de charger le stockeur lorsqu'un seuil haut est atteint; de façon à ce que : 20 - le seuil bas et le seuil haut délimitent une plage utile d'utilisation du stockeur pour tout type de roulage du véhicule, l'amplitude de la plage utile étant déterminée pour assurer un roulage de type urbain permanent. 25 Avantageusement, le seuil bas et le seuil haut sont indépendants du type de roulage en cours. Un objet de l'invention est aussi un système de stockage d'une charge électrique dans un véhicule hybride qui est destiné à au moins deux types de roulages 30 comprenant un roulage de type urbain et un roulage de type suburbain et qui comporte un stockeur électrique et une machine électrique. De façon remarquable, le système comprend un module agencé pour recevoir un niveau de charge du stockeur, pour autoriser de charger le stockeur 35 et interdire de décharger le stockeur lorsqu'un seuil bas est atteint, pour autoriser de décharger le stockeur et interdire de charger le stockeur lorsqu'un seuil haut est atteint, et dans lequel ledit seuil bas et ledit seuil haut délimitent une plage utile d'utilisation du stockeur pour tout type de roulage du véhicule, l'amplitude de ladite plage utile étant déterminée pour assurer un roulage de type urbain permanent. Avantageusement le stockeur est dimensionné pour stocker une charge électrique maximale de valeur égale à la somme du seuil haut et d'une marge minimale de sécurité. Un objet de l'invention est encore un procédé de dimensionnement d'un système de stockage d'une charge électrique dans un véhicule hybride qui est destiné à au moins deux types de roulage comprenant un roulage de type urbain et un roulage de type suburbain et qui comporte un stockeur électrique et une machine électrique. Le procédé comprend : - une première étape dans laquelle on détermine une charge de sécurité du stockeur destinée à une alimentation d'organes électriques du véhicule, de façon à déterminer un seuil bas pour autoriser la machine électrique à charger le stockeur et interdire à la machine électrique de décharger le stockeur lorsque le seuil bas est atteint ; - une deuxième étape dans laquelle on détermine une 25 première plage utile d'utilisation du stockeur pour assurer un roulage de type urbain permanent ; - une troisième étape dans laquelle on détermine à partir de ladite première plage utile, un seuil haut pour autoriser la machine électrique à décharger le stockeur 30 et interdire à la machine électrique de charger le stockeur lorsque le seuil haut est atteint. Optionnellement, le procédé comprend une quatrième étape dans laquelle on détermine une deuxième plage utile d'utilisation du stockeur pour assurer un roulage de type 35 suburbain permanent de façon à déterminer ledit seuil haut aussi à partir de ladite deuxième plage utile. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif et nullement limitatif de l'invention. Elles montrent . - figure 1 une représentation schématique des éléments essentiels d'un véhicule hybride pour mettre en oeuvre l'invention ; - figure 2 : un diagramme de contrôle de charge d'un stockeur électrique selon le niveau de charge ; - figure 3 : un schéma d'évolution du niveau de charge habituel en fonction du type de roulage; - figure 4 un procédé de dimensionnement de stockeur électrique selon l'invention ; - figure 5 : un schéma d'évolution du niveau de charge en fonction du type de roulage selon l'invention. Les éléments identiques conservent la même référence d'une figure à l'autre. En référence à la figure 1, un véhicule hybride comprend un stockeur électrique 11 constitué d'une batterie, de super capacités ou de tout autre élément apte à stocker de façon réversible de l'énergie électrique. Divers consommateurs électriques 21 tels que les phares d'éclairage, les éléments de chauffage et de climatisation du véhicule, les organes de pilotage de la boîte de vitesses, sont branchés aux bornes du stockeur électrique 11 et consomment l'énergie électrique dont ils ont besoin au moment opportun. Un convertisseur 50 réversible d'énergie électrique en énergie mécanique consomme de l'énergie électrique fournie par le stockeur électrique dans différents cas de vie. Si le véhicule fonctionne sans moteur thermique (non représenté), c'est le stockeur électrique seul qui fournir l'énergie nécessaire à la traction. Lorsque le véhicule fonctionne avec le moteur thermique, le stockeur électrique apporte parfois un complément d'énergie pour améliorer les performances, par exemple. Le convertisseur réversible 50 fournit de l'énergie au stockeur électrique notamment lorsque le véhicule est en décélération ou en pente descendante, mais cela ne suffit pas nécessairement à assurer un bilan énergétique nul. Le convertisseur réversible 50 doit aussi fournir de l'énergie électrique pour recharger le stockeur électrique 11 à d'autres moments en mettant à contribution le moteur thermique. Le convertisseur réversible 50 comprend une borne 51 reliée au pôle positif du stockeur électrique 11 et une borne 52 reliée au pôle négatif du stockeur électrique 11. Entre les bornes 51 et 52, le convertisseur réversible 50 comprend par exemple une machine électrique 53 qui fournit de l'énergie mécanique en mode moteur lorsque le convertisseur réversible 50 est commandé par un élément de signal 41 et absorbe de l'énergie mécanique en mode génératrice pour charger le stockeur électrique 11 lorsque le convertisseur réversible 50 est commandé par un élément de signal 42. Les éléments de signaux 41 et 42 sont générés par un module généralement électronique 40. Le module 40 établit les valeurs des éléments de signaux 41 et 42 en fonction d'une consigne de couple à fournir ou à absorber par la machine électrique 53. Pour ce faire, le module 40 reçoit diverses commandes, par exemple des unités de freinage ou des unités d'accélération du véhicule. Le module 40 reçoit aussi une commande particulière d'un module généralement électronique 30. Le module 30 est agencé pour recevoir un niveau de charge du stockeur 11 depuis un capteur 31 qui, de façon connue, mesure la tension aux bornes du stockeur électrique 11 et estime son impédance à partir d'un courant électrique traversant le stockeur électrique 11. En fonction du niveau de charge du stockeur électrique 11, susceptible d'évoluer de 0 à 100%, le module 30 envoie des signaux de contrôle commande de charge et de décharge au module 40 tel que représenté par exemple sur la figure 2. En référence à la figure 2, une étape 500 représente un état initial ou un état de veille, activé par exemple à différents cycles d'horloge d'un processeur du module 30, non représenté. A partir de l'étape 500, le module 30 valide une transition 501 lorsqu'il détecte une atteinte de seuil bas Sb de charge du stockeur 11 et valide une transition 502 lorsqu'il détecte une atteinte de seuil haut Sh de charge du stockeur. Une validation de la transition 501, active une étape 503 dans laquelle la charge du stockeur est autorisée et la décharge du stockeur est interdite pour l'entraînement du véhicule. Dans cette étape, seules les actions d'autres éléments de régulation qui tentent à recharger le stockeur, telles que le freinage électrique ou une augmentation de régime du moteur thermique pour recharger le stockeur, sont autorisés. Les éléments qui décident ces actions, sont hors du cadre de l'invention. Une validation de la transition 502, active une étape 504 dans laquelle la charge du stockeur est interdite et la décharge du stockeur est autorisée pour l'entraînement du véhicule. Dans cette étape, seules les actions d'autres éléments de régulation qui tendent à décharger le stockeur, telles que celles qui commandent au moteur électrique de fournir un couple de traction, sont autorisées. Les éléments qui décident ces actions, sont hors du cadre de l'invention. En référence à la figure 3, on distingue trois types de roulages, les roulages urbains pour lesquels la vitesse est généralement inférieure à 50 km/h, les roulages suburbains sur route ou autoroute où les vitesses sont plus élevées et les alternances de roulages différents. L'axe des abscisses porte le temps t et l'axe des ordonnées porte la charge du stockeur. Le seuil bas Sb et le seuil haut Sh délimitent une plage utile Plu dans laquelle on note sur l'exemple illustré une décharge conséquente en début de roulage urbain et une charge conséquente en début de roulage suburbain. La zone Zu du schéma montre les évolutions de charge du stockeur qui peuvent se présenter en roulage urbain. La zone Zs du schéma montre les évolutions de charge du stockeur qui peuvent se présenter en roulage suburbain. La partie gauche de la zone Zu est typique d'une alternance de passage d'un roulage suburbain à un roulage urbain. La partie gauche de la zone Zs est typique d'une alternance de passage d'un roulage urbain à un roulage suburbain. La réalisation successive de roulages uniquement urbains montre que l'énergie utile pour les réaliser n'excède pas quelques centaines de kJ. Il en va de même lorsque se succèdent les roulages suburbains. Par contre, avec toutes les stratégies connues, lorsqu'un roulage suburbain suit un roulage urbain, le niveau de charge du stockeur augmente fortement. Réciproquement, lorsqu'un roulage urbain suit un roulage suburbain, le niveau de charge du stockeur baisse. L'énergie dépensée permet en effet de réaliser plus de roulage électrique en ville qu'il n'en aurait été fait à bilan batterie nul qui est le cas moyen lors d'une succession de roulages urbains. Cette façon de procéder permet de réaliser un gain de consommation supplémentaire dû au transfert d'énergie des roulages suburbains vers les roulages urbains où le moteur thermique peut être arrêté. Ce gain n'est effectif que si le stockeur n'a pas été saturé dans l'opération. Il s'avère que la consommation et le roulage électrique en ville dépendent du type de roulage qui a précédé. Le cycle d'homologation européen est un excellent exemple de ce phénomène. Les 780 premières secondes du cycle sont de type urbain et tous les véhicules hybrides y déchargent le stockeur électrique, la recharge se faisant durant les 400 s suivantes où le véhicule roule au-delà de 50 km/h. Un roulage qui ne serait constitué que de la succession de roulages du type des 780 premières secondes, aboutirait à une consommation plus élevée et un roulage électrique plus faible qu'ils ne le sont lors de l'homologation. Réciproquement, un roulage qui ne serait constitué que de la succession de roulages du type des 400 dernières secondes aboutirait à une consommation plus basse car le moteur thermique n'aurait pas eu à recharger autant le stockeur électrique. L'invention propose une stratégie qui consiste à ne disposer comme énergie utile que de l'énergie nécessaire à la réalisation de chacun des types de roulages indépendamment les uns des autres. De cette façon, le comportement du véhicule devient quasi indépendant du type de roulage antérieur sans pour autant modifier la consommation et le roulage électrique pour un type de roulage donné. La figure 4 montre des étapes d'un procédé de dimensionnement du système de stockage d'énergie électrique pour mettre en oeuvre l'invention. Dans une étape 601, on détermine le seuil bas Sb de charge du stockeur en dessous duquel la charge du stockeur ne peut plus être utilisée pour la traction du véhicule. Cette démarche contribue à sauvegarder une charge de sécurité utile à l'alimentation d'autres organes ou fonctions du véhicule. Le seuil bas est déterminé à partir de la connaissance des différentes consommations électriques du véhicule en dehors de la traction. Dans une étape 602, on détermine une plage utile Plu(cU) d'état de charge du stockeur en cycle urbain. La plage utile peut être déterminée par le calcul sachant que son amplitude est fortement liée à l'énergie cinétique récupérable lors des ralentissements du véhicule à vitesse limitée et qu'on évite en environnement urbain de mettre à contribution le moteur thermique autant que faire se peut. On peut aussi expérimenter le véhicule en environnement urbain avec un stockeur tel que dimensionné avant l'invention et noter les évolutions de charge dont une enveloppe donnera la plage utile Plu(cU). Dans une étape 603, on détermine une plage utile Plu(cS) d'état de charge du stockeur en cycle suburbain. La plage utile peut être déterminée par le calcul sachant que son amplitude est fortement liée à l'énergie cinétique récupérable lors des ralentissements du véhicule à grande vitesse et qu'en environnement suburbain, on peut aisément mettre à contribution le moteur thermique pour amener un complément de charge . On peut aussi expérimenter le véhicule sur route et autoroute avec un stockeur surdimensionné et noter les évolutions de charge dont une enveloppe donnera la plage utile Plu(cS). Dans une étape 604, on détermine le seuil haut comme étant égal à la limite haute de la plage utile. On peut se contenter de la plage utile en roulage urbain, notamment pour un véhicule plus orienté vers une utilisation urbaine, et dans ce cas il n'est pas nécessaire d'exécuter l'étape 603. On peut se contenter de la plage utile en roulage suburbain, notamment pour un véhicule plus orienté vers une utilisation suburbaine, et dans ce cas il n'est pas nécessaire d'exécuter l'étape 602. On peut enfin tenir compte des deux types de plage utiles, finalement assez proches en amplitude l'une de l'autre. En référence à la figure 5, l'amplitude de la plage utile est alors plus faible car la plage utile en roulage suburbain dont la valeur moyenne basse était originellement plus haute que celle de la plage utile en roulage urbain, est ramenée en valeur basse au seuil bas de charge. Ceci est obtenu en baissant le seuil haut de charge Sh à la limite haute de la plage utile en roulage urbain ou qui enveloppe la plage utile en roulage urbain. On peut noter que ce type de stratégie se traduit par une perte de consommation plus importante en homologation où l'effet du couplage entre les types de roulage est amplifié. Par contre, l'énergie utile peut, quant à elle, être réduite considérablement, jusqu'à un facteur 3 sur les réalisations expérimentées. Ceci permet par exemple d'utiliser un stockeur de plus faible capacité et par conséquent plus léger. Il s'avère qu'à l'usage, lorsque les types de roulages se succèdent, le véhicule gagne en robustesse de comportement et ne subit qu'une faible augmentation de la consommation. On rappelle qu'un comportement est robuste lorsqu'il se répète de façon semblable pour des conditions identiques. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'une charge électrique dans un système de véhicule hybride qui est destiné à au moins deux types de roulage comprenant un roulage de type urbain et un roulage de type suburbain et qui comporte un stockeur électrique et une machine électrique, comprenant - une première étape (503) pour autoriser de 10 charger le stockeur et interdire de décharger le stockeur lorsqu'un seuil bas (Sb) est atteint ; une deuxième étape (504) pour autoriser de décharger le stockeur et interdire de charger le stockeur lorsqu'un seuil haut (Sh) est atteint; 15 - dans lequel ledit seuil bas et ledit seuil haut délimitent une plage utile (Plu) d'utilisation du stockeur pour tout type de roulage du véhicule, l'amplitude de ladite plage utile étant déterminée pour assurer un roulage de type urbain permanent. 20 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit seuil bas et ledit seuil haut sont indépendants du type de roulage. 25 3. Système de stockage d'une charge électrique dans un véhicule hybride qui est destiné à au moins deux types de roulage comprenant un roulage de type urbain et un roulage de type suburbain et qui comporte un stockeur électrique (11) et une machine électrique (53), 30 comprenant : - un module (30) agencé pour recevoir un niveau de charge du stockeur (11), pour autoriser de charger le stockeur et interdire de décharger le stockeur lorsqu'un seuil bas est atteint, pour autoriser de décharger le 35 stockeur et interdire de charger le stockeur lorsqu'un seuil haut est atteint, et dans lequel ledit seuil bas et ledit seuil haut délimitent une plage utile d'utilisationdu stockeur pour tout type de roulage du véhicule, l'amplitude de ladite plage utile étant déterminée pour assurer un roulage de type urbain permanent. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit seuil bas et ledit seuil haut sont indépendants du type de roulage. 5. Système selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le stockeur (11) est dimensionné pour stocker une charge électrique maximale de valeur égale à la somme du seuil haut et d'une marge minimale de sécurité. 6. Procédé de dimensionnement d'un système de stockage d'une charge électrique dans un véhicule hybride qui est destiné à au moins deux types de roulage comprenant un roulage de type urbain et un roulage de type suburbain et qui comporte un stockeur électrique et une machine électrique, comprenant : - une première étape (601) dans laquelle on détermine une charge de sécurité du stockeur destinée à une alimentation d'organes électriques du véhicule, de façon à déterminer un seuil bas (Sb) pour autoriser la machine électrique à charger le stockeur et interdire à la machine électrique de décharger le stockeur lorsque le seuil bas (Sb) est atteint ; une deuxième étape (602) dans laquelle on détermine une première plage utile (Plu(cU)) d'utilisation du stockeur pour assurer un roulage de type urbain permanent ; - une troisième étape (604) dans laquelle on détermine à partir de ladite première plage utile, un seuil haut (Sh) pour autoriser la machine électrique à décharger le stockeur et interdire à la machine électrique de charger le stockeur lorsque le seuil haut (Sh) est atteint. 7. Procédé de dimensionnement selon la revendication 6, comprenant : une quatrième étape (603) dans laquelle on détermine une deuxième plage utile (Plu(cS)) d'utilisation du stockeur pour assurer un roulage de type suburbain permanent de façon à déterminer ledit seuil haut aussi à partir de ladite deuxième plage utile.