Brevet FR2941095A1 — publié le 20100716

PROCEDE DE RECHAUFFAGE DE BATTERIES POUR UN VEHICULE DOTE D'AU MOINS DEUX STOCKEURS D'ENERGIE ELECTRIQUE. La présente invention concerne un procédé de réchauffage de batteries pour un véhicule doté d'au moins deux stockeurs d'énergie électrique, en particulier pour un véhicule électrique ou hybride comportant au moins deux stockeurs d'énergie électrique. Elle concerne également un système pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Elle concerne enfin un véhicule équipé d'un tel système de réchauffage de batteries. Un véhicule électrique est un véhicule dont la propulsion est assurée par un moteur fonctionnant exclusivement à l'énergie électrique, à la différence d'un véhicule hybride disposant le plus souvent de deux moteurs dont un électrique. On parle généralement de véhicule ou moteur hybride dans le cas d'une association d'un moteur thermique avec un moteur électrique. Un système de stockage d'énergie électrique, connu en soi, embarqué dans un véhicule électrique ou dans un véhicule hybride, peut être constitué d'une batterie d'accumulateurs électrochimiques. Un autre type de système d'énergie électrique embarqué, connu de l'art antérieur, peut être constitué de deux stockeurs d'énergie indépendants, connectés entre eux au moyen d'un convertisseur d'énergie électrique de type continu/continu. Dans ce type de système, les deux stockeurs d'énergie présentent des caractéristiques différentes : un des deux stockeurs est susceptible de fournir une énergie importante, tandis que l'autre stockeur peut fournir une puissance importante. L'association des deux stockeurs au moyen d'un convertisseur électrique permet de disposer d'un système de stockage d'énergie capable de fournir une puissance et une énergie importantes. Dans de type de système d'énergie électrique embarqué, l'un des stockeurs est, de manière classique, constitué d'accumulateurs électrochimiques de type plomb-acide, nickel-métal hydrure (Ni-MH) ou lithium-ion, et l'autre stockeur, de manière classique également, est constitué de supercondensateurs. Les supercondensateurs ou supercapacités sont des composants intermédiaires entre les batteries et les condensateurs électrolytiques classiques. Ils sont constitués de deux électrodes poreuses, recouvertes de charbon actif et imprégnées d'électrolyte, séparées par une membrane isolante et poreuse pour assurer la conduction ionique. Ils permettent d'obtenir une densité de puissance et une densité d'énergie intermédiaire entre les batteries et les condensateurs classiques. On sait que les performances d'une batterie d'accumulateurs électrochimiques décroît avec la température. En effet, dans ce type de stockeur d'énergie électrique, les réactions électrochimiques des électrodes sont inhibées par une diminution de température. Lorsque la température est trop basse, la disponibilité de la batterie peut ne plus être assurée et, en conséquence, une partie ou la totalité du système électrique du véhicule peut cesser de fonctionner correctement. Il y a donc nécessité de réchauffer la batterie. Des systèmes de réchauffage de batterie sont connus de l'art antérieur, qui génèrent de la chaleur au moyen d'une partie de l'énergie contenue dans la batterie elle-même ou d'une source d'énergie extérieure, qui peut être un brûleur à carburant, par exemple. Ces systèmes font appel à des dispositifs additionnels de nature électrique, tels que des résistances chauffantes, ou de nature chimique, tels que des brûleurs. Ces dispositifs additionnels sont relativement coûteux et ajoutent du poids au véhicule. D'autres solutions techniques sont connues de l'art antérieur. A titre d'exemple, le document EP 1903 670 Al décrit un dispositif de réchauffage d'une batterie d'accumulateurs par effet résistif par l'intermédiaire d'une succession de charges et décharges de la batterie. Plus précisément, ce dispositif, connu de l'art antérieur, comprend un circuit de moteur d'entraînement recevant de l'énergie électrique d'une batterie d'accumulateurs pour entraîner un moteur, des moyens d'obtention de température de batterie pour mesurer la température de ladite batterie d'accumulateurs, et un circuit de commande qui commande le circuit de moteur d'entraînement de telle sorte que la valeur du couple de sortie dudit moteur se � cale � sur une valeur de couple prédéterminée. Le circuit de commande comporte un premier moyen de commande pour actionner le moteur à un premier point de fonctionnement qui requiert un courant électrique d'une première amplitude pour créer le couple de valeur prédéterminée, un second moyen de commande pour actionner ledit moteur à un second point de fonctionnement qui requiert un courant électrique d'une seconde amplitude plus grande que ladite première amplitude pour créer ledit couple de valeur prédéterminée, et un moyen de commutation pour basculer de façon alternative entre le fonctionnement du premier moyen de commande et celui du second moyen de commande lorsque la température de la batterie est inférieure à une température de seuil prédéterminée. A titre d'exemple également, le document JP 2003 032804 décrit un procédé permettant d'élever la température d'une batterie d'accumulateurs d'un véhicule hybride. Selon ce procédé, une unité de contrôle, qui commande le véhicule hybride, contrôle le flux de décharge de la batterie d'accumulateurs lorsque le véhicule est en roulage. Si ce flux est inférieur à une valeur prédéterminée, la batterie est déchargée avec un flux maximal de décharge. Cette décharge fait s'élever la température de la batterie et la variation du flux de décharge est contrôlée. Si le flux de décharge augmente, la décharge est poursuivie autant que cette décharge reste possible. Si le flux de décharge tombe à zéro, un moteur thermique démarre pour provoquer la charge de la batterie. Le but de la présente invention est de fournir un procédé de réchauffage de batteries pour un véhicule doté d'au moins deux stockeurs d'énergie électrique, qui soit plus performant que les procédés connus de l'art antérieur, notamment en permettant de réchauffer plus rapidement et plus efficacement la batterie lorsque la température de cette dernière est basse. Un autre but de la présente invention est de fournir un tel procédé, qui soit d'un bon rendement sans requérir de dispositifs additionnels de chauffage. Enfin, c'est aussi un but de la présente invention de fournir un tel procédé, qui soit de conception simple, de mise en oeuvre aisée, qui soit fiable et économique, et limite le poids et l'encombrement associés à la fonction de réchauffage de la batterie. Pour parvenir à ces buts, la présente invention a pour objet un procédé de réchauffage de batteries pour un véhicule doté d'au moins deux stockeurs d'énergie électrique, connectés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un convertisseur électrique, et ce nouveau procédé est le suivant : lorsque la température de l'un des stockeurs est trop basse pour permettre un fonctionnement nominal de celui-ci et que les deux stockeurs ne sont pas entièrement pleins, le convertisseur électrique est commandé pour réaliser au moins un transfert d'énergie électrique entre les deux stockeurs de façon à générer de la chaleur au sein des stockeurs, ladite chaleur étant produite par la résistance interne des stockeurs et ayant pour effet d'élever la température des batteries. Il importe de noter que, dans la présente invention, la chaleur est produite au sein même des stockeurs, par les résistances internes des stockeurs (ceux-ci ne sont pas des conducteurs parfaits). Le transfert d'énergie électrique est réalisé avec une puissance électrique choisie suffisamment faible pour que le moins performant des stockeurs soit en mesure de la fournir. Le convertisseur électrique est commandé pour stopper le transfert d'énergie électrique avant que le stockeur fournissant l'énergie ne soit vide, et avant que le stockeur recevant l'énergie ne soit plein. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le convertisseur est réversible et, à l'issue d'une phase de transfert d'énergie électrique, dite � phase directe �, le convertisseur est commandé pour réaliser ensuite une autre phase de transfert d'énergie électrique en sens inverse, dite � phase inverse �, c'est-à-dire un transfert depuis le stockeur recevant l'énergie dans la phase directe vers le stockeur fournissant l'énergie dans la phase directe. Les phases de transfert d'énergie électrique sont répétées de façon alternative, une phase de transfert inverse succédant à une phase de transfert directe et vice-versa, jusqu'à ce que l'un des stockeurs ait été suffisamment réchauffé pour présenter des performances suffisantes. En variante, les phases de transfert d'énergie électrique sont répétées de façon alternative jusqu'à ce que les deux stockeurs aient été suffisamment réchauffés pour présenter des performances suffisantes. Selon le mode préféré de réalisation également, le convertisseur électrique est commandé par un dispositif de pilotage doté de moyens de mesure de température sur au moins un des stockeurs. De préférence, l'un des stockeurs est une batterie d'accumulateurs électrochimiques et l'autre stockeur est à 25 base de supercondensateurs. De préférence également, le convertisseur électrique est piloté de façon à obtenir un courant électrique pulsé, ce qui permet de réchauffer plus rapidement les batteries. Un temps mort peut également être pratiqué au sein 30 d'une phase, ou bien entre deux phases successives de transfert d'énergie, de façon à permettre à la chaleur générée au sein des stockeurs de se diffuser et à obtenir une température homogène au sein des batteries avant de poursuivre l'enchaînement des phases. 35 La présente invention a aussi pour objet un système de réchauffage de batteries pour un véhicule doté d'au moins deux stockeurs d'énergie électrique, connectés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un convertisseur électrique, et ce nouveau système comporte, en outre, un dispositif de pilotage, qui commande le convertisseur électrique de façon à réaliser des transferts d'énergie électrique entre les deux stockeurs afin de créer de la chaleur au sein même des stockeurs par exploitation de la résistance interne des stockeurs. Enfin, la présente invention a pour objet un véhicule, notamment un véhicule automobile, de type véhicule électrique ou véhicule hybride, doté d'au moins deux stockeurs d'énergie électrique, et ce nouveau véhicule comporte un système de réchauffage de batteries conforme à celui décrit ci-dessus et fonctionnant selon le procédé exposé précédemment dans ses grandes lignes. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un exemple de réalisation de l'invention, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée d'une figure unique représentant, de manière très schématique, le principe de fonctionnement du procédé de réchauffage selon la présente invention. En référence à cette figure unique, on a représenté une batterie 1 de véhicule automobile, qui est connectée, par l'intermédiaire d'un convertisseur électrique 2, à un autre stockeur d'énergie électrique de référence 3. Lorsque la température de l'un au moins des stockeurs d'énergie, à savoir la batterie 1 ou le stockeur 3, est trop basse pour permettre un fonctionnement nominal de ce dernier, et que les deux stockeurs ne sont pas entièrement pleins, un dispositif de pilotage 4 du convertisseur électrique 2 commande ce dernier de façon à transférer une quantité d'énergie électrique depuis l'un des stockeurs vers l'autre stockeur, celui-ci étant choisi non vide. La puissance de transfert de cette quantité d'énergie électrique est choisie suffisamment faible en fonction de la température pour que le moins performant des stockeurs d'énergie 1 et 3 soit en mesure de la fournir. Avant que le stockeur fournissant l'énergie ne soit vide, et avant que le stockeur recevant l'énergie ne soit plein, le dispositif de pilotage 4 du convertisseur électrique 2 stoppe le transfert d'énergie électrique. Le courant qui circule pendant ce transfert génère, par effet Joule, des dissipations d'énergie sous forme de chaleur au sein de chacun des deux stockeurs 1 et 3 et au sein du convertisseur électrique 2. Cette production de chaleur due à la résistance interne des stockeurs a pour conséquence de réchauffer chacun des deux stockeurs. On notera que cette dissipation d'énergie se réalise au sein même des stockeurs et pas dans des dispositifs additionnels et/ou extérieurs, comme décrit dans divers procédés et systèmes connus de l'art antérieur. C'est la résistance interne des stockeurs d'énergie électrique qui est exclusivement exploitée pour générer la chaleur nécessaire à l'augmentation de température. Dans le cas où le convertisseur électrique 2 est réversible, à l'issue de cette première phase de transfert d'énergie électrique, dite � phase directe � dans la suite du texte, le dispositif de pilotage 4 commande le convertisseur électrique 2 de façon à réaliser une autre phase de transfert d'énergie entre les deux stockeurs dans le sens inverse, dite � phase inverse � dans la suite du texte. Le convertisseur électrique 2 stoppe cette phase inverse de transfert électrique avant que le stockeur fournissant maintenant l'énergie ne soit vide, et avant que le stockeur recevant maintenant l'énergie ne soit plein. Cette deuxième phase contribue à accroître le réchauffement des stockeurs. Les phases de transfert d'énergie entre les stockeurs 1, 3 sont alors répétées selon le mode décrit précédemment jusqu'à ce que l'un des stockeurs ou les deux stockeurs aient été suffisamment réchauffés pour atteindre des performances suffisantes. Tout au long de ces phases de transfert d'énergie électrique, � directes � et � inverses �, les stockeurs 1, 3 se réchauffent graduellement. La puissance électrique transférée, limitée par le moins performant des stockeurs, peut donc augmenter au cours des phases successives pour accélérer le procédé de réchauffage. Le dispositif de pilotage 4 du convertisseur électrique 2 peut donc ajuster, au cours des différentes phases successives, la puissance électrique transférée en fonction, par exemple, de la température des stockeurs. Le dispositif de pilotage 4 est doté de moyens de mesure de température sur au moins un des stockeurs 1 et 3. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'un des stockeurs, le stockeur 1, est une batterie d'accumulateurs électrochimiques et l'autre stockeur, de référence 3, est à base de supercondensateurs. Le convertisseur électrique 2 et les supercondensateurs 3 présentent de bonnes performances, y compris à basse température, et génèrent peu de pertes lorsqu'ils sont traversés par un courant électrique. En revanche, les batteries électrochimiques 1 présentent une résistance interne élevée et génèrent la majorité des pertes lors des phases de transfert d'énergie électrique. L'énergie consommée sur le système de stockage d'énergie électrique est donc majoritairement dissipée en pertes dans la batterie d'accumulateurs 1, qui est le composant limitant du système de stockage par des températures basses ; le réchauffage est donc efficace et efficient. On notera que le transfert d'énergie électrique au cours d'une phase peut être réalisé au moyen d'un courant continu ou d'un courant variable. Un mode de réalisation particulièrement judicieux de l'invention consiste à piloter le convertisseur électrique 2 de façon à obtenir un courant électrique pulsé, ce qui permet de réchauffer plus rapidement les batteries 1. Un temps mort peut également être pratiqué au sein d'une phase, ou bien entre deux phases successives de transfert d'énergie, de façon à permettre à la chaleur générée au sein des stockeurs de se diffuser et à obtenir une température homogène au sein des batteries 1 avant de poursuivre l'enchaînement des phases. Le procédé de réchauffage décrit ci-dessus présente de nombreux avantages, parmi lesquels les avantages suivants : - il permet de réchauffer rapidement et efficacement les batteries d'accumulateurs des véhicules électriques ou hybrides, lorsque les températures sont basses, - il présente un bon rendement, - il ne fait appel à aucun dispositif supplémentaire, et utilise exclusivement des composants dont le véhicule est équipé, - il ne génère aucun poids ou encombrement supplémentaire, - il constitue, en conséquence, un procédé économique. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS1. Procédé de réchauffage de batteries pour un véhicule doté d'au moins deux stockeurs d'énergie électrique (1, 3), connectés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un convertisseur électrique (2), caractérisé en ce que, lorsque la température de l'un des stockeurs est trop basse pour permettre un fonctionnement nominal de celui-ci et que les deux stockeurs ne sont pas entièrement pleins, le convertisseur électrique (2) est commandé pour réaliser au moins un transfert d'énergie électrique entre les deux stockeurs de façon à générer de la chaleur au sein des stockeurs, ladite chaleur étant produite par la résistance interne des stockeurs et ayant pour effet d'élever la température des batteries. 2. Procédé de réchauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit transfert d'énergie électrique est réalisé avec une puissance électrique choisie suffisamment faible pour que le moins performant des stockeurs (1, 3) soit en mesure de la fournir. 3. Procédé de réchauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur électrique (2) est commandé pour stopper le transfert d'énergie électrique avant que le stockeur fournissant l'énergie ne soit vide, et avant que le stockeur recevant l'énergie ne soit plein. 4. Procédé de réchauffage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le convertisseur électrique (2) est réversible et, à l'issue d'une phase de transfert d'énergie électrique, dite � phase directe �, le convertisseur est commandé pour réaliser ensuite une autre phase de transfert d'énergie électrique en sens inverse, dite � phase inverse �, c'est-à-dire un transfert depuis le stockeur recevant l'énergie dans la phase directe vers le stockeur fournissant l'énergie dans la phase directe. 5. Procédé de réchauffage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les phases de transfert d'énergie électrique sont répétées de façon alternative, une phase detransfert inverse succédant à une phase de transfert directe et vice-versa, jusqu'à ce que l'un des stockeurs ait été suffisamment réchauffé pour présenter des performances suffisantes. 6. Procédé de réchauffage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les phases de transfert d'énergie électrique sont répétées de façon alternative, une phase de transfert inverse succédant à une phase de transfert directe et vice-versa, jusqu'à ce que les deux stockeurs aient été suffisamment réchauffés pour présenter des performances suffisantes. 7. Procédé de réchauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le convertisseur électrique (2) est commandé par un dispositif de pilotage, doté de moyens de mesure de température sur au moins un des stockeurs. 8. Procédé de réchauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'un des stockeurs (1) est une batterie d'accumulateurs électrochimiques et l'autre stockeur (3) est constitué de supercondensateurs. 9. Procédé de réchauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le convertisseur électrique (2) est piloté de façon à obtenir un courant électrique pulsé, ce qui permet de réchauffer plus rapidement les batteries (1). 10. Procédé de réchauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un temps mort est pratiqué au sein d'une phase, ou bien entre deux phases successives de transfert d'énergie, de façon à permettre à la chaleur générée au sein des stockeurs (1, 3) de se diffuser et à obtenir une température homogène au sein des batteries (1) avant de poursuivre l'enchaînement des phases. 11. Système de réchauffage de batteries pour un véhicule doté d'au moins deux stockeurs d'énergie électrique (1, 3), connectés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un convertisseur électrique (2), caractérisé en ce qu'ilcomporte, en outre, un dispositif de pilotage (4), qui commande le convertisseur électrique (2) de façon à réaliser des transferts d'énergie électrique ente les deux stockeurs (1, 3) afin de créer de la chaleur au sein même des stockeurs par exploitation de la résistance interne des stockeurs. 12. Véhicule, notamment véhicule automobile, de type véhicule électrique ou véhicule hybride, doté d'au moins deux stockeurs d'énergie électrique (1, 3), caractérisé en ce qu'il comporte un système de réchauffage de batteries conforme à la revendication 11.15