Brevet FR2958606A1 — publié le 20111014

Procédé de gestion d'utilisation d'énergie pour alimenter un groupe motopropulseur hybride Le domaine de l'invention est celui des véhicules hybrides rechargeables. Un véhicule hybride rechargeable dispose de deux réservoirs d'énergie distincts, l'un réversible constitué par un stockeur électrique, l'autre non réversible constitué par un réservoir de carburant. L'énergie du réservoir de carburant est transformée en énergie mécanique par un moteur thermique. L'énergie du stockeur électrique est transformée en énergie mécanique par une ou plusieurs machines électriques. Le véhicule hybride rechargeable se distingue d'un véhicule hybride non rechargeable en offrant généralement la possibilité de recharger le stockeur électrique de quatre manières. Une première manière consiste à convertir l'énergie cinétique du véhicule qui est fonction de sa vitesse, en énergie électrique grâce à une ou plusieurs machines électriques. Une deuxième manière consiste à convertir l'énergie potentielle de gravité du véhicule qui est fonction de son altitude, en énergie électrique grâce à une ou plusieurs machines électriques. Une troisième manière consiste à convertir l'énergie du réservoir non réversible qui contient le carburant, en énergie électrique grâce au moteur thermique et à une ou plusieurs machines électriques. Une quatrième manière consiste à transférer l'énergie d'un réseau électrique terrestre de type électricité du secteur, vers le stockeur électrique grâce par exemple à une prise de courant, un redresseur et un transformateur de courant. Le domaine de l'invention est plus particulièrement celui de la gestion de l'énergie du stockeur électrique. Trois phases sont définies dans l'utilisation d'un véhicule hybride rechargeable. La première phase correspond à la phase de recharge du véhicule sur le réseau électrique. Le véhicule est supposé à l'arrêt. La deuxième phase correspond à la phase d'utilisation de l'énergie électrique rechargée selon des stratégies spécifiques au véhicule hybride rechargeable. Une troisième phase correspond à la phase où toute l'énergie rechargée a été consommée, le véhicule utilise alors les stratégies spécifiques au véhicule hybride non rechargeable. La présente invention s'intéresse plus particulièrement à la gestion de l'énergie du stockeur électrique durant la deuxième phase du véhicule et avant le moment où toute l'énergie rechargée est consommée. Les stratégies utilisées durant la troisième phase ne font pas spécifiquement l'objet de la présente invention. Le document FR0952786 non publié propose un procédé de gestion de l'énergie du stockeur électrique qui permet de déterminer, durant la deuxième phase quand le moteur thermique doit être éteint, et lorsque le moteur thermique est allumé comment utiliser de manière optimale l'énergie rechargée du stockeur électrique d'un véhicule hybride rechargeable pour réaliser une économie de carburant. Dans ce document, on prend en compte en plus l'apport d'une énergie électrique finie provenant du secteur. La question des stratégies du véhicule hybride rechargeable est de savoir comment utiliser cette énergie finie de manière à pouvoir diminuer la recharge par le moteur thermique, augmenter le roulage électrique avec le moteur thermique éteint et augmenter le délestage par la machine électrique dans un but de réduire la consommation du carburant. Le document FR0952786 a montré également qu'il est important que toute l'énergie rechargée par le stockeur électrique soit bien consommée avant la recharge suivante. Cette dernière condition étant rarement remplie, cette situation est préjudiciable à la consommation de carburant du véhicule hybride rechargeable. Il serait donc particulièrement intéressant de proposer des moyens pour prévoir cette situation et en particulier de corréler l'état de charge du stockeur électrique durant le trajet de roulage et l'utilisation de cette énergie rechargée. L'invention a pour objectif d'établir une utilisation optimale d'une énergie réversible, notamment une énergie électrique provenant d'un réseau électrique durant un trajet donné de manière à obtenir une économie de carburant. Plus précisément, la présente invention a pour objectif d'établir pour un trajet donné, une stratégie d'utilisation intégrale de cette énergie de manière à obtenir une économie de carburant. Pour ce faire, l'invention propose un procédé d'alimentation d'un groupe motopropulseur hybride pour un véhicule hybride rechargeable à partir d'une source interne d'énergie irréversible et d'une source interne d'énergie réversible qui est rechargeable en puisant directement ou indirectement dans la source interne d'énergie irréversible et par apport d'une quantité finie d'énergie réversible provenant d'une source externe. Selon l'invention, pendant le roulage du véhicule, - dans une première étape, on estime le taux de consommation de la quantité consommée en énergie réversible provenant de la source externe (NRJ_consommée/Dist depuis_recharge), on estime le taux de consommation de la quantité restante en énergie réversible provenant de la source externe de manière à épuiser ladite quantité (NRJ_restante/Dist_restante) - dans une seconde étape, en fonction de la différence entre deux taux (Aratio), on décide de choisir l'exécution d'une fonction C qui permet de commander une alimentation à partir de la source interne d'énergie réversible de façon à augmenter le roulage électrique et/ou l'exécution de la fonction C avec une fonction D qui permet de commander une alimentation à partir de la source interne d'énergie réversible de façon à augmenter le délestage du moteur thermique. Avantageusement, quand le Aratio est positif, il exécute, au moins jusqu'à l'épuisement de ladite quantité finie apportée, conjointement la fonction C pour augmenter le roulage électrique et la fonction D pour augmenter le délestage du moteur thermique. Avantageusement, quand le Aratio est négatif, il exécute la fonction C de manière à établir un ensemble de points de fonctionnement du véhicule ayant la même valeur de gain hybride rechargeable pour une même quantité d'énergie réversible consommée provenant de la source externe. Avantageusement, on définit un Aratio seuil au-dessous duquel on passe de manière continue d'une zone de fonctionnement en roulage électrique établie pour un véhicule hybride rechargeable vers une zone de fonctionnement en roulage électrique établie pour un véhicule hybride non rechargeable. Avantageusement, ledit taux de consommation de la quantité consommée en énergie réversible correspond au rapport entre la quantité d'énergie réversible rechargée sur la source externe déjà consommée et la distance déjà parcourue (NRJ_consommée/Dist_depuis_recharge). Avantageusement, ledit taux de consommation de la quantité restante en énergie réversible correspond au rapport entre la quantité d'énergie réversible restante à consommer avant la prochaine recharge sur la source externe et la distance restante à parcourir avant la prochaine recharge sur la source externe (NRJ_restante/Dist_restante). Avantageusement, la distance restante est estimée en fonction la vitesse moyenne du véhicule depuis la dernière recharge. Avantageusement, l'énergie rechargée réversible restante est estimée à partir de mesures effectuées par des capteurs de charge. Avantageusement, la source interne d'énergie réversible est de nature électrique. L'invention a aussi pour objet un système d'alimentation d'un groupe motopropulseur hybride à partir d'une source interne d'énergie irréversible et d'une source interne d'énergie réversible qui est rechargeable en puisant directement ou indirectement dans la source interne d'énergie irréversible et par apport d'une quantité finie d'énergie réversible provenant d'une source externe. Le système est remarquable en ce qu'il comprend en outre des moyens de commande pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront dans la description explicative qui va suivre faisant référence aux dessins donnés uniquement à titre d'exemple pour illustrer l'invention et dans lesquels : - la figure 1 représente un organigramme du procédé selon l'invention ; - la figure 2 donne des courbes de couple en fonction de la vitesse qui délimitent des zones à gain positif et à gain négatif et ainsi qu'une zone de traction électrique pure supplémentaire ; - la figure 3 donne une courbe de distance quotidienne en fonction de la vitesse moyenne ; - la figure 4 donne une courbe de la fonction D en fonction du Aratio; - la figure 5 donne une courbe de la fonction C en fonction du Aratio. L'invention s'intéresse à la gestion de l'énergie du stockeur électrique durant la deuxième phase. Plus précisément, durant la deuxième phase, on cherche à établir comment utiliser l'énergie du stockeur électrique en fonction du trajet à parcourir par le véhicule et le taux de consommation de l'énergie finie apportée par le secteur. Ces choix sont guidés par la recherche d'une consommation de carburant minimale sur un trajet donné. Dans le cas d'un véhicule hybride non rechargeable, on définit pour chaque point de fonctionnement du véhicule, une grandeur appelée « gain intrinsèque » qui prend pour valeur, la différence en gramme de carburant par seconde (g/s) entre une grandeur représentative d'un coût thermique et une grandeur représentative d'un coût électrique. Le coût thermique est mesuré en termes de débit de carburant nécessaire pour faire avancer le véhicule à l'instant présent en utilisant le moteur thermique seul comme moyen de traction. Le coût électrique est mesuré en termes de débit de carburant nécessaire pour recharger plus tard la quantité d'énergie électrique qui est prise sur le stockeur électrique pour faire avancer le véhicule à l'instant présent en utilisant la ou les machines électriques seules comme moyen de traction. L'ensemble des points de fonctionnements du véhicule où le gain intrinsèque prend une valeur positive, est nommé ZTEPint (Zone de Traction Electrique Pure intrinsèque). Cette stratégie introduit également une grandeur nommée consommation spécifique de Willans (CsW) qui, pour un moteur thermique, donne en grammes la surconsommation associée à un accroissement ou à une diminution de la puissance fournie avec une valeur de 1 kWh. Cette grandeur a la particularité d'être indépendante du régime moteur. Dans le cas d'un véhicule hybride rechargeable, on doit tenir compte en plus une énergie finie Er provenant du secteur. La stratégie consiste à savoir comment utiliser cette énergie électrique rechargée pour réaliser une économie de carburant. Pour ce faire on définit quatre fonctions A, B, C et D d'utilisation de cette énergie finie qui permettent de quantifier l'économie de carburant qu'elles peuvent générer. La fonction A est la fonction qui assure le respect de l'ensemble ZTEPint des points de fonctionnement du véhicule où le gain intrinsèque prend une valeur positive tant que la totalité de l'énergie finie n'est pas consommée. Sur la figure 2, la vitesse du véhicule est représentée en abscisse et le couple fourni à la roue est représenté en ordonnée. La courbe 2 représente le couple maximal que peut fournir la machine électrique. On reconnaît sur la courbe 2, une partie horizontale indépendante de la vitesse qui correspond au courant électrique maximal admissible dans le moteur et une partie hyperbolique qui correspond à la puissance maximale de la machine électrique. La courbe 1 délimite la partie supérieure de l'ensemble ZTEPint des points de fonctionnement du véhicule où le gain intrinsèque prend une valeur positive. La zone contenue entre les courbes 1 et 2 définit des points de fonctionnements du véhicule où le gain intrinsèque prend une valeur négative. En exprimant en grammes chaque gain obtenu sur un point pendant un intervalle de temps dans lequel le véhicule fonctionne sur ce point, la quantité Cm de carburant économisée en grammes sans consommer l'énergie finie apportée par le réseau, est donnée par la formule : TEP;,,t CeA = f gain TEP Dans le cas du véhicule hybride rechargeable, l'énergie fournie par le moteur thermique est intégralement transmise à la roue et l'énergie restituée par le stockeur électrique à la machine électrique pour entraîner la roue, est égale à la différence entre l'énergie rechargée par le moteur 10 thermique et l'énergie finie apportée du secteur. La fonction B a pour but de réaliser une économie de carburant en réduisant la recharge par le moteur thermique. La quantité de carburant CeB économisée avec la fonction B, exprimée en grammes est donnée par la formule : _ nrecharge CsW G CeB ' (recharge 3,6 * 106 lorsque l'énergie est exprimée en joules et que la consommation spécifique de Willans CsW est exprimée en g/kWh. Le coefficient nrecharge intègre le rendement de la machine électrique en mode générateur de courant ainsi que le rendement de charge du stockeur 20 électrique. Pour des puissances de charge modérées, ce rendement évolue peu. Nous établissons ainsi une économie de carburant par unité d'énergie rechargée. Par exemple avec un coefficient nrecharge de rendement égal à 0,8 et une consommation spécifique de Willans CsW du moteur thermique égale à 25 200g/kWh, soit 55,5g/MJ, 1MJ rechargé permet une économie de 70g de carburant. Les courbes 1 et 2 correspondent à des gains hybrides rechargeables égaux respectivement à 70g/MJ et 33g/MJ. La fonction C a pour but d'augmenter le roulage électrique. La 30 quantité de carburant Cec économisée avec la fonction C, est donnée par la formule : 15 ZTEPint CeC _ Er * CsW 6 + I gain recharge 3,6 *Io ZTEPsupplémentaire On définit un gain hybride rechargeable égal au Cec/Er. Tout roulage électrique hors de la zone de traction électrique pure intrinsèque ZTEPint apporte donc une économie de carburant inférieure à celle de la fonction B, le gain y étant par définition inférieur à O. Augmenter le roulage électrique fait donc réaliser des économies de carburant inférieures à 70g/MJ. La courbe 3 délimite sur la figure 2, une zone de traction électrique pure permettant des économies de 44 g/MJ. La fonction D a pour but d'augmenter le délestage du moteur thermique. Le délestage moteur consiste à réinjecter l'énergie rechargée au moteur thermique pour dépenser l'énergie finie. L'unité de stockage fournit de l'énergie électrique à la machine électrique, laquelle transforme cette énergie électrique en énergie mécanique, sous forme d'un couple moteur fourni au vilebrequin du moteur thermique. Le moteur thermique réduit alors son propre couple moteur pour compenser le couple fourni par la machine électrique. Pour optimiser la consommation du carburant du véhicule hybride rechargeable, on doit veiller à ce que toute l'énergie électrique chargée puisse être intégralement consommée entre deux recharges sur le secteur ou à l'issue d'une distance appelée distance quotidienne qui dépend de la vitesse moyenne depuis la dernière charge sur secteur. La figure 1 illustre les différentes étapes du procédé de l'invention pour gérer l'utilisation de cette énergie finie. Dans une première étape, pendant le roulage du véhicule, à tout instant est établie la grandeur NRJ_restante qui correspond à la quantité d'énergie à consommer avant la prochaine recharge sur secteur. Après une charge complète, cette grandeur correspond à la capacité électrique rechargeable du véhicule. Après une charge complète, le compteur d'énergie consommée NRJ_consommée est initialisé à 0 J et s'incrémente au fur et à mesure de la consommation électrique sur le stockeur tant que le véhicule est sous tension. De même, à tout instant est établie la grandeur Dist_restante qui correspond à la distance que l'on s'attend encore à parcourir avant la prochaine recharge sur secteur. Après une charge complète, cette grandeur est initialisée à 50 km forfaitairement ce qui correspond à un trajet quotidien moyen. Dans le même temps un compteur de temps Tps_depuis_recharge est initialisé à 0 s et s'incrémente tant que le véhicule est en roulage. Dans le même temps un compteur de distance Dist_depuis_recharge est initialisé à 0 km et s'incrémente avec la distance tant que le véhicule avance. A tout instant après le premier km, le ratio Dist_depuis_recharge / Tps_depuis_recharge donne une vitesse moyenne depuis la dernière recharge : V_depuis_recharge. La distance moyenne parcourue quotidiennement est associée à cette vitesse moyenne et est appelée Dist_quotidienne_instantannée. L'évolution de cette distance en fonction de la vitesse moyenne est illustrée sur la figure 3. On a alors Dist_restante qui est égale à la différence entre Dist_quotidienne_instantannée et Dist_depuis_recharge. (En postulant un minimum de 1 km si Dist_depuis_recharge est supérieur au Dist_quotidienne_instantannée -1) A tout instant après le premier km, le ratio NRJ_consommée / Dist_depuis_recharge permet d'évaluer le taux de consommation de l'énergie électrique. Dans une deuxième étape on estime la différence entre le ratio NRJ_restante / Dist_restante et le ratio NRJ_consommée / Dist_depuis_recharge (Aratio) La dernière étape du procédé consiste à déterminer si Aratio est positif ou négatif. Si par exemple le ratio NRJ_restante / Dist_restante est supérieur à NRJ_consommée / Dist_depuis_recharge, cela indique que la stratégie proposée par défaut qui consiste à exécuter la fonction A et la fonction B ne consomme pas assez vite l'énergie rechargée. Cela implique la mise en oeuvre de postes de consommation électriques supplémentaires qui consistent à exécuter la fonction C pour augmenter le roulage électrique et/ou la fonction D pour augmenter le délestage du moteur thermique par la ou les machines électriques lorsque le moteur thermique est démarré et tractant. En introduisant Aratio qui est égal à la différence entre le ratio NRJ_restante / Dist_restante et le ratio NRJ_consommée / Dist_depuis_recharge, on établit donc un coefficient associant une puissance de délestage du moteur thermique à Aratio ainsi qu'un coefficient associant une zone de traction électrique pure (ZTEP) à Aratio. La figure 4 illustre l'évolution de la fonction D en fonction de Aratio. La figure 5 illustre l'évolution de la fonction C en fonction de Aratio. Lorsque le Aratio est négatif, la stratégie consiste à utiliser la fonction C en plus des fonctions A et B pour augmenter le roulage électrique. Lorsque le Aratio est positif, la stratégie consiste à utiliser la fonction D en plus des fonctions A, B et C pour augmenter le délestage du moteur thermique. On remarque que la courbe de la figure 5 comporte un palier à 44 g/MJ correspondant à l'apport minimum du roulage électrique pour la ZTEP supplémentaire. La présente invention permet d'optimiser l'utilisation de l'énergie rechargée par un véhicule hybride rechargeable en fonction du trajet à réaliser. Elle permet également d'estimer à l'avance l'économie de carburant obtenu par apport d'énergie électrique supplémentaire. On remarquera que le mode de réalisation expliqué ci-dessus fait état de l'usage d'une énergie supplémentaire provenant d'un réseau de distribution d'électricité. Les stratégies décrites sont également valables pour un véhicule hybride dans lequel l'énergie supplémentaire provient d'une autre source d'énergie interne au véhicule mais externe au système comme d'une pile à combustible. L'invention qui vient d'être décrite, d'ordre essentiellement stratégique qui ne nécessite pas de modifications organiques, permet d'optimiser l'utilisation de l'énergie d'une autre source que celle qui alimente le moteur thermique, notamment une énergie électrique rechargée à partir du réseau par un véhicule hybride rechargeable, en fonction du trajet à réaliser. REVENDICATIONS1. Procédé d'alimentation d'un groupe motopropulseur hybride pour un véhicule hybride rechargeable à partir d'une source interne d'énergie irréversible et d'une source interne d'énergie réversible qui est rechargeable en puisant directement ou indirectement dans la source interne d'énergie irréversible et par apport d'une quantité finie d'énergie réversible provenant d'une source externe, caractérisé en ce que pendant le roulage du véhicule: - dans une première étape, on estime le taux de consommation de la quantité consommée en énergie réversible provenant de la source externe (NRJ_consommée/Dist_depuis_recharge), on estime le taux de consommation de la quantité restante en énergie réversible provenant de la source externe de manière à épuiser ladite quantité (NRJ_restante/Dist_restante) - dans une seconde étape, en fonction de la différence de ces deux taux (Aratio), on décide de choisir l'exécution d'une fonction C qui permet de commander une alimentation à partir de la source interne d'énergie réversible de façon à augmenter le roulage électrique et/ou l'exécution de la fonction C avec une fonction D qui permet de commander une alimentation à partir de la source interne d'énergie réversible de façon à augmenter le délestage du moteur thermique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que quand le Aratio est positif, il exécute, au moins jusqu'à l'épuisement de ladite quantité finie apportée, conjointement la fonction C pour augmenter le roulage électrique et la fonction d pour augmenter le délestage du moteur thermique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que quand le Aratio est négatif, il exécute la fonction C de manière à établir un ensemble de points de fonctionnement du véhicule ayant la même valeur de gain hybride rechargeable pour une même quantité d'énergie réversible consommée provenant de la source externe. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on définit un Aratio seuil au-dessous duquel on passe de manière continue d'une zone de fonctionnement en roulage électrique établie pour un véhicule hybride rechargeable vers une zone de fonctionnement en roulage électrique établie pour un véhicule hybride non rechargeable. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit taux de consommation de la quantité consommée en énergie réversible correspond au rapport entre la quantité d'énergie réversible rechargée sur la source externe déjà consommée et la distance déjà parcourue (NRJ_consommée/Dist_depuis_recharge). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit taux de consommation de la quantité restante en énergie réversible correspond au rapport entre la quantité d'énergie réversible restante à consommer avant la prochaine recharge sur la source externe et la distance restante à parcourir avant la prochaine recharge sur la source externe (N RJ_restante/D ist_restante). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la distance restante est estimée en fonction de la vitesse moyenne du véhicule depuis la dernière recharge. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'énergie rechargée réversible restante est estimée à partir de mesures effectuées par des capteurs de charge. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source interne d'énergie réversible est de nature électrique.30 10. Système d'alimentation d'un groupe motopropulseur hybride à partir d'une source interne d'énergie irréversible et d'une source interne d'énergie réversible qui est rechargeable en puisant directement ou indirectement dans la source interne d'énergie irréversible et par apport d'une quantité finie d'énergie réversible provenant d'une source externe, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de commande pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes.