Brevet FR2963996A1 — publié le 20120224

PROCEDE DE DECHARGE D'UN DISPOSITIF DE STOCKAGE D'ENERGIE D'UN VEHICULE EN MODE PARKING LONGUE DUREE ET VEHICULE ASSOCIE [01] DOMAINE DE L'INVENTION [02] L'invention concerne un procédé de décharge d'un dispositif de stockage d'énergie de type électrochimique d'un véhicule en mode parking longue durée, ainsi que le véhicule associé. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules hybrides ou à traction purement électrique. Io [03] ETAT DE LA TECHNIQUE [4] On connaît des véhicules hybrides ou électriques comportant une machine électrique assurant la traction d'un des trains du véhicule. Cette machine électrique est en relation avec un dispositif de stockage d'énergie électrochimique pouvant prendre la forme d'une batterie de type Li-ion par is exemple ou d'un groupe de supercondensateurs. Ce dispositif de stockage d'énergie est appelé « batterie » dans la suite du document. [5] Un onduleur installé entre la batterie et la machine électrique assure la transformation de la tension continue de la batterie en une tension alternative alimentant la machine électrique lorsque la machine fonctionne en 20 mode moteur. Cet onduleur assure également la transformation de la tension alternative produite par la machine en une tension continue appliquée à la batterie lorsque la machine fonctionne en mode générateur. [6] Un des enjeux actuels est de faire durer les batteries toute la vie du véhicule qui est de l'ordre de 10 à 15 ans. Toutefois cela est très difficile 25 en raison du vieillissement des batteries qui limite grandement leur durée de vie. Deux types de vieillissement entrent en ligne de compte : - le vieillissement du fait de leur utilisation, et - le vieillissement calendaire lié au vieillissement inhérent de ces batteries, ces dernières vieillissant même si elles ne sont pas sollicitées ou même si 30 elles ne débitent pas. [7] Le vieillissement d'une batterie se concrétise par la perte progressive de performances en termes d'énergie et de puissance disponibles. Par conséquent, la batterie doit être surdimensionnée en début de vie pour qu'elle puisse toujours répondre aux spécifications en termes d'énergie et de puissance en fin de vie. [8] Les deux paramètres principaux qui ont une influence sur la durée de vie des batteries sont l'état de charge et la température. Par exemple, plus la température de stockage ou d'utilisation est basse, meilleure est la durée de vie. Plus l'état de charge à laquelle est stockée ou utilisée la Io batterie est bas, meilleure est la durée de vie. [9] Par conséquent, pour améliorer la durée de vie de la batterie d'un véhicule à chaîne de traction hybride ou électrique, il faut limiter le temps passé par celle-ci aux états de charge élevés, et il faut faire en sorte que la température de stockage ou d'utilisation soit la plus basse possible. is [010] Selon ce principe, il est connu du document FR-0950027 de décharger la batterie jusqu'à un niveau de charge dit niveau de charge réduit lorsque le véhicule se trouve dans un mode parking longue durée. A cet effet, la batterie est déchargée dans une résistance d'un circuit additionnel. [011] L'invention consiste en un perfectionnement du système existant. 20 [012] OBJET DE L'INVENTION [13] A cet effet, l'invention propose de décharger la batterie jusqu'à un niveau de charge réduit faisant débiter un courant dans la machine électrique sans provoquer la mise en mouvement de la machine électrique. A cet effet, on commande l'onduleur et la machine électrique pour générer une 25 sollicitation en courant suffisamment importante, de sorte que l'énergie de la batterie est dissipée dans les bobinages de la machine. [14] L'énergie étant dissipée dans des composants déjà présents dans le véhicule, l'invention évite l'ajout d'un circuit supplémentaire et n'engendre ainsi aucun surcoût par rapport à l'architecture de base. [015] L'invention concerne donc un procédé de décharge d'un dispositif de stockage d'énergie d'un véhicule comportant : - une machine électrique de traction, - un dispositif de stockage d'énergie en relation avec cette machine 5 électrique, caractérisé en ce que - ce procédé comporte une étape, le véhicule étant à l'arrêt, consistant à décharger le dispositif de stockage d'énergie jusqu'à un niveau de charge réduit en faisant débiter un courant dans la machine électrique sans io provoquer la mise en mouvement de la machine électrique. [16] Selon une mise en oeuvre, la machine électrique comportant des bobinages, un onduleur étant installé entre le dispositif de stockage d'énergie et la machine électrique, il comporte l'étape de commander l'onduleur de sorte que l'énergie du dispositif de stockage d'énergie est dissipée dans les is bobinages de la machine électrique. [17] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape de commander l'onduleur dans un mode monophasé dans lequel l'onduleur fonctionne comme un pont en H. [18] Selon une mise en oeuvre, le dispositif de stockage d'énergie étant 20 connecté à l'onduleur par l'intermédiaire d'un interrupteur d'isolement, il comporte l'étape de fermer l'interrupteur d'isolement pour commencer à décharger le dispositif de stockage d'énergie. [19] Selon une mise en oeuvre, un condensateur de lissage étant associé à l'onduleur pour minimiser les ondulations de courant et de tension 25 générées par l'onduleur au niveau du dispositif de stockage d'énergie, - un ensemble formé par une résistance de décharge rapide associée à un interrupteur de décharge rapide étant connecté en parallèle au condensateur de lissage, - une fois que le niveau de charge réduit a été atteint, le procédé comporte 30 l'étape de piloter l'interrupteur de décharge rapide pour décharger le condensateur ainsi que - l'étape de piloter l'interrupteur d'isolement pour isoler le dispositif de stockage d'énergie par rapport à l'onduleur. [20] Selon une mise en oeuvre, la résistance de décharge rapide permet de décharger le condensateur de lissage en quelques millisecondes. [21] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape de modifier le niveau de charge réduit. [022] L'invention concerne en outre un véhicule comportant : - une machine électrique assurant la traction d'un des trains du véhicule, cette machine comportant des bobinages, - un dispositif de stockage d'énergie en relation avec cette machine électrique, et io - un onduleur installé entre le dispositif de stockage d'énergie et la machine électrique, caractérisé en ce qu'il comporte en outre - des moyens pour décharger le dispositif de stockage d'énergie jusqu'à un niveau de charge réduit en dissipant l'énergie du dispositif de stockage is d'énergie dans les bobinages de la machine électrique via l'onduleur. [023] Selon une réalisation, les moyens pour décharger comportent : - un interrupteur d'isolement installé entre le dispositif de stockage d'énergie et l'onduleur ayant une première position dans laquelle l'interrupteur isole le dispositif de stockage d'énergie de l'onduleur, et une deuxième position dans 20 laquelle l'interrupteur met en relation le dispositif de stockage d'énergie avec l'onduleur, et - un calculateur pour commander le fonctionnement de l'onduleur dans un pont en H et piloter l'interrupteur d'isolement. [024] Selon une réalisation, les moyens pour décharger comportent en 25 outre - un condensateur de lissage associé à l'onduleur pour minimiser les ondulations de courant et de tension générées par l'onduleur au niveau du dispositif de stockage d'énergie, - un ensemble formé par une résistance de décharge rapide associée à un 30 interrupteur de décharge rapide, cet ensemble étant connecté en parallèle au condensateur de lissage. [25] Selon une réalisation, la résistance de décharge rapide présente une impédance telle que le condensateur de lissage est déchargé en quelques millisecondes. [26] Selon une réalisation, l'interrupteur d'isolement comporte une troisième position dans laquelle cet interrupteur permet par le biais d'une résistance de limiter le courant de charge du condensateur de lissage. [27] Selon une réalisation, le véhicule comporte en outre une résistance de décharge lente connectée en parallèle du condensateur de lissage. Io [028] BREVE DESCRIPTION DES DESSINS [029] 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 mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : is [030] Figure 1 : une représentation schématique de l'architecture électrique d'un véhicule selon l'invention ; [31] Figure 2 : une représentation schématique du schéma équivalent de l'onduleur lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; [32] Figure 3 : une représentation schématique des étapes du procédé 20 selon l'invention. [33] Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [34] DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION 25 [035] La Figure 1 montre une représentation schématique d'une architecture 1 électrique d'un véhicule électrique ou hybride selon l'invention. Cette architecture 1 comporte une machine 2 électrique qui est soit la source unique de traction du véhicule dans le cas d'une chaîne de traction électrique, soit associée à un moteur thermique (non représenté) dans le cas d'une chaîne de traction hybride. Cette machine 2 est munie de plusieurs phases U, V, W et comporte trois bobinages 2.1-2.3 ayant chacun une résistance de valeur R et une inductance de valeur L. [36] Cette machine 2 électrique est en relation avec un dispositif 3 de stockage d'énergie de type électrochimique appelé plus généralement « batterie » dans la suite du document. Cette batterie 3 peut prendre la forme d'une batterie par exemple de type Li-ion, NiMH, NI-Zn, ou d'un groupe de super-condensateurs. [37] Un onduleur 5 est installé entre la batterie 3 et la machine 2. Cet Io onduleur 5 est formé par un ensemble de six transistors et diodes associées 5.1-5.6 connectés aux phases de la machine 2. Dans un fonctionnement classique, lorsque la machine 2 fonctionne en mode moteur, cet onduleur 5 assure la transformation de la tension continue de la batterie 3 en une tension alternative appliquée aux phases de la machine 2. Lorsque la is machine 2 fonctionne en mode générateur, cet onduleur 5 assure la transformation de la tension alternative générée par la machine 2 en une tension continue appliquée aux bornes de la batterie 3. [38] A l'onduleur 5 est associé un condensateur C appelée « condensateur de lissage » qui permet de minimiser les ondulations de 20 courant et de tension générées par l'onduleur 5 au niveau de la batterie 3. Au condensateur C de lissage est associée en parallèle un ensemble de 2 résistances référencées respectivement RI et Rr. [39] La première résistance RI appelée résistance de décharge lente permet d'assurer la décharge lente du condensateur C en cas d'arrêt du 25 véhicule. De préférence, cette résistance RI permet de décharger le condensateur C en quelques minutes. L'autre résistance Rr appelée résistance de décharge rapide permet d'assurer la décharge rapide de la capacité C en cas d'arrêt du véhicule. De préférence, cette résistance Rr permet de décharger le condensateur C en quelques dixièmes de seconde. 30 [040] A la résistance Rr de décharge rapide est associé un interrupteur 11 piloté extérieurement qui permet de connecter cette résistance Rr en parallèle de la capacité C ou pas suivant le besoin. La résistance RI de décharge lente est pour sa part toujours connectée en parallèle au condensateur C pour des raisons de sécurité notamment en cas de panne de l'interrupteur 11 de pilotage de la résistance rapide. Le courant circulant dans cette résistance RI est faible. [041] Par ailleurs, un interrupteur 12 d'isolement est installé entre la batterie 3 et l'onduleur 5. Cet interrupteur 12, à trois positions, permet dans une première et dans une deuxième position respectivement de connecter ou d'isoler la batterie 3 du reste de l'architecture électrique. Dans une troisième position, cet interrupteur 12 permet par le biais d'une résistance Rc de limiter io ponctuellement le courant de charge du condensateur C de lissage pour éviter un surcourant nuisible à l'ensemble du circuit électrique. [042] La machine 2, la batterie 3, l'onduleur 5, ainsi que tous les éléments électriques C, Rr, RI qui leur sont associés font partie d'un réseau 8 haute tension de traction. is [043] Un convertisseur 7 continu/continu met en relation ce réseau 8 haute tension de traction avec un réseau 9 basse tension sur lequel sont connectées des charges 10.1, 10.2 auxiliaires. Le convertisseur 7, éventuellement réversible permet soit à la machine 2 et à la batterie 3 de fournir du courant au réseau 9 basse tension, soit au réseau 9 basse tension 20 de fournir du courant à la batterie 3 et à la machine électrique 2. Dans un exemple, le réseau 9 basse tension est un réseau 12Volts. [44] Au réseau 9 basse tension est associé une batterie 11 basse tension qui délivre par exemple une tension de 12Volts. Cette batterie 11 est munie d'un interrupteur 13 servant à isoler le réseau 8 haute tension du 25 réseau 9 basse tension. [45] Sur le réseau 9 basse tension les différentes charges 10.1, 10.2 auxiliaires sont connectées soit directement sur la batterie 11 (cf charges 10.1), soit entre le convertisseur 7 et l'interrupteur d'isolement 13 (cf charge 10.2). Dans ce dernier cas, l'interrupteur d'isolement 13 permet d'isoler si 30 nécessaire les charges auxiliaires 10.2 du réseau 9 basse tension. [046] L'architecture électrique 1 est pilotée par un calculateur 14. Ce calculateur 14 a accès soit directement, soit indirectement (via un réseau numérique) aux mesures de tension Ubatt et de courant Ibatt de la batterie 3, et de la température T ambiante issues des capteurs adéquats. [047] Le calculateur 14 peut également soit directement soit indirectement piloter les différents interrupteurs 11-13 de l'architecture électrique ainsi que l'onduleur 5 de la machine 2 de traction. [48] Avantageusement le calculateur 14 est muni d'un estimateur 15 du niveau de charge SOC de la batterie 3. Cet estimateur 15 utilise en Io particulier les mesures de la tension Ubatt et de l'intensité Ibatt de la batterie 3, et également la mesure de la température T. L'estimateur 15 est utilisé pour la gestion des flux d'énergie dans la chaîne de traction et en particulier pour gérer le niveau de charge SOC de la batterie 3. [49] Un bouton 18 de commande activable par l'utilisateur relié au is calculateur 14 permet d'enclencher la fonction du mode parking du procédé selon l'invention décrit à la Figure 3. [50] Dans son état initial, avant de mettre en oeuvre le procédé, le véhicule est à l'arrêt. L'utilisateur actionne, dans une étape 21, le bouton 18 de commande de mise en mode parking. Le calculateur 14 procède alors, 20 dans une étape 22, à la fermeture de l'interrupteur 12 de manière à mettre en communication la batterie 3 avec l'onduleur 5. [51] Dans une variante de l'invention, un message de demande de confirmation de la mise en mode parking est affiché sur un écran multifonction 29. La mise en mode parking n'est effective qu'après validation de 25 ce message, par exemple. Dans une autre variante, la mise en mode parking est commandée par le bais de l'écran multi-fonction 29 et non par un bouton de commande. [52] Cet onduleur 5 est commandé, dans une étape 23, par le calculateur 14 pour fonctionner dans un mode particulier dit monophasé qui 30 va permettre à la batterie 3 de dissiper son énergie dans les bobinages 2.1-2.2 de la machine 2. [53] Dans ce mode, comme montré sur la Figure 2, seuls quatre transistors 5.1, 5.2, 5.5 et 5.6 ne concernant qu'une phase (par exemple UV) sont utilisés pour générer une sollicitation de décharge de la batterie 3. Dans ce cas, le pilotage de l'onduleur 5 n'entraîne pas la rotation de la machine électrique. L'impédance de la charge vue par l'onduleur 5 se limite alors à la mise en série d'une inductance Luv et d'une résistance Ruv proportionnelles respectivement à l'inductance L et à la résistance R des bobinages 2.1-2.2 de chaque phase. Dans le cas du montage en étoile de la figure 2, on a Luv=2L et Ruv=2R. L'onduleur 5 se limite alors à un pont en H dont la charge Io correspond à l'association en série de l'inductance Luv et de la résistance Ruv. La batterie 3 est ainsi déchargée jusqu'à atteindre la tension Upark conférant un niveau de charge réduit SOCpark. Ce niveau de charge réduit correspond à celui qui est connu comme procurant une durée de vie maximum à la batterie. Dans un exemple ce niveau de charge réduit est is compris entre 60% et 40% du niveau de charge maximum de la batterie. [54] Une fois la décharge terminée, le calculateur 14 pilote, dans une étape 24, l'interrupteur de décharge rapide 11 pour décharger la capacité C de lissage et ouvre, dans une étape 25, l'interrupteur 12 d'isolement de la batterie 3. 20 [055] Le niveau de charge réduit SOCpark peut être un paramètre modifiable. A cet effet, ce paramètre peut être modifié soit par l'utilisateur par l'intermédiaire d'un écran 29 multi-fonction, soit par une personne habilité, ou par l'intermédiaire d'une prise diagnostic du véhicule. [056] On peut également mettre en oeuvre l'invention lors des opérations 25 de maintenance ou d'entretien dans la mesure où certaines opérations nécessitent d'intervenir à un niveau de charge SOC bas de la batterie 3 pour limiter par exemple le danger inhérent à la haute tension, et d'autres opérations nécessitent d'intervenir à un niveau de charge SOC où la batterie 3 est complètement déchargée. REVENDICATIONS1. Procédé de décharge d'un dispositif de stockage d'énergie d'un véhicule comportant : - une machine (2) électrique de traction, - un dispositif (3) de stockage d'énergie en relation avec cette machine (2) électrique, caractérisé en ce que - ce procédé comporte une étape, le véhicule étant à l'arrêt, consistant io à décharger le dispositif (3) de stockage d'énergie jusqu'à un niveau de charge réduit en faisant débiter un courant dans la machine (2) électrique sans provoquer la mise en mouvement de la machine (2) électrique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que is - la machine (2) électrique comportant des bobinages (2.1-2.2), - un onduleur (5) étant installé entre le dispositif (3) de stockage d'énergie et la machine (2) électrique, - il comporte l'étape de commander l'onduleur (5) de sorte que l'énergie du dispositif (3) de stockage d'énergie est dissipée dans les 20 bobinages (2.1-2. 2) de la machine électrique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que - le procédé comporte l'étape (23) de commander l'onduleur (5) dans un mode monophasé dans lequel l'onduleur (5) fonctionne comme un pont 25 en H. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que : - le dispositif (3) de stockage d'énergie étant connecté à l'onduleur (5) par l'intermédiaire d'un interrupteur (12) d'isolement, 30 - il comporte l'étape (22) de fermer l'interrupteur (12) d'isolement pour commencer à décharger le dispositif (3) de stockage d'énergie. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que - un condensateur (C) de lissage étant associé à l'onduleur (5) pour 35 minimiser les ondulations de courant et de tension générées par l'onduleur(5) au niveau du dispositif (3) de stockage d'énergie, - un ensemble formé par une résistance (Rr) de décharge rapide associée à un interrupteur (11) de décharge rapide étant connecté en parallèle au condensateur (C) de lissage, s - une fois que le niveau de charge réduit (SOCpark) a été atteint, le procédé comporte l'étape (24) de piloter l'interrupteur (11) de décharge rapide pour décharger le condensateur (C) ainsi que - l'étape (25) de piloter l'interrupteur (12) d'isolement pour isoler le dispositif (3) de stockage d'énergie par rapport à l'onduleur (5). i0 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la résistance (Rr) de décharge rapide permet de décharger le condensateur (C) de lissage en quelques millisecondes. 15 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de modifier (29) le niveau de charge réduit (SOCpark). 8. Véhicule comportant : - une machine (2) électrique assurant la traction d'un des trains du 20 véhicule, cette machine (2) comportant des bobinages (2.1, 2.2), - un dispositif (3) de stockage d'énergie en relation avec cette machine (2) électrique, et - un onduleur (5) installé entre le dispositif (3) de stockage d'énergie et la machine (2) électrique, 25 caractérisé en ce qu'il comporte en outre - des moyens (14, 11, 12, C) pour décharger le dispositif (3) de stockage d'énergie jusqu'à un niveau de charge réduit (SOCpark) en dissipant l'énergie du dispositif (3) de stockage d'énergie dans les bobinages (2.1-2. 2) de la machine (2) électrique via l'onduleur (5). 30 9. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour décharger comportent : - un interrupteur (12) d'isolement installé entre le dispositif (3) de stockage d'énergie et l'onduleur (5) ayant une première position dans 35 laquelle l'interrupteur (12) isole le dispositif (3) de stockage d'énergie del'onduleur (5), et une deuxième position dans laquelle l'interrupteur (12) met en relation le dispositif (3) de stockage d'énergie avec l'onduleur (5), et - un calculateur (14) pour commander le fonctionnement de l'onduleur (5) dans un pont en H et piloter l'interrupteur (12) d'isolement. 10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour décharger comportent en outre : - un condensateur (C) de lissage associé à l'onduleur (5) pour minimiser les ondulations de courant et de tension générées par l'onduleur io (5) au niveau du dispositif (3) de stockage d'énergie, - un ensemble formé par une résistance (Rr) de décharge rapide associée à un interrupteur (11) de décharge rapide, cet ensemble étant connecté en parallèle au condensateur (C) de lissage. 15 11. Véhicule selon la revendication 10, caractérisé en ce que la résistance (Rr) de décharge rapide présente une impédance telle que le condensateur (C) de lissage est déchargé en quelques millisecondes. 12. Véhicule selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que 20 l'interrupteur (12) d'isolement comporte une troisième position dans laquelle cet interrupteur (12) permet par le biais d'une résistance (Rc) de limiter le courant de charge du condensateur (C) de lissage. 13. Véhicule selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce 25 qu'il comporte en outre une résistance (RI) de décharge lente connectée en parallèle du condensateur (C) de lissage.