Brevet FR2982676A1 — publié le 20130517

PROCEDE DE DETERMINATION DE L'ETAT DE CHARGE D'UN SYSTEME DE STOCKAGE D'ENERGIE ELECTRIQUE POUR VEHICULES AUTOMOBILES ELECTRIQUES ET HYBRIDES La présente invention se rapporte à un procédé de détermination de l'état de charge d'un système de stockage d'énergie électrique pour véhicules automobiles électriques et hybrides. La présente invention se rapporte également à un calculateur de chaîne de traction adapté à mettre en oeuvre un tel procédé et à un véhicule automobile électrique ou hybride comportant un tel calculateur. L'invention appartient au domaine des véhicules automobiles électriques et hybrides utilisant un système de stockage d'énergie électrique constitué de plusieurs éléments de stockage. Les stratégies de gestion et d'optimisation d'un véhicule automobile électrique ou hybride sont généralement fondées sur l'état de charge (SOC, en anglais "State Of Charge") de son système de stockage d'énergie électrique. Par conséquent, l'information sur l'état de charge doit être la plus pertinente possible. A l'heure actuelle, lorsque le système de stockage comporte plusieurs éléments de stockage, l'information sur l'état de charge global du système de stockage est le plus souvent obtenue en calculant la moyenne des états de charge des différents éléments. Cette méthode de l'art antérieur présente des inconvénients. En particulier, le calcul du SOC par une moyenne ne prend pas en compte la dispersion des états de charge des différents éléments de stockage. Il en résulte que l'information, qui est généralement renvoyée au système de gestion de la chaîne de traction du véhicule, ne reflète pas la capacité réellement exploitable du système de stockage. En effet, le SOC d'un des éléments de stockage peut être nul sans que le SOC moyen ne le soit. Pourtant, cet élément de stockage déchargé est un élément limitant. En conséquence, les performances du système de stockage fondées sur l'élément limitant sont nulles, ce qui signifie en pratique que l'énergie indiquée par le SOC moyen n'est en fait pas utilisable par le véhicule électrique ou hybride. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant une information sur l'état de charge global du système de stockage qui soit pertinente sans discontinuité et qui reflète l'énergie réellement utilisable par le véhicule. Dans ce but, la présente invention propose un procédé de détermination de l'état de charge d'un système de stockage d'énergie électrique d'un véhicule automobile électrique ou hybride, ce système de stockage comportant une pluralité d'éléments de stockage, le procédé étant remarquable en ce qu'il comporte des étapes consistant à : déterminer l'état de charge de l'élément le moins chargé et l'état de charge de l'élément le plus chargé ; déterminer la différence entre l'état de charge de l'élément le plus chargé et l'état de charge de l'élément le moins chargé, de façon à obtenir la dispersion maximale d'état de charge ; et déterminer l'état de charge du système de stockage à partir de cette dispersion. Ainsi, la stratégie proposée par l'invention permet de tenir compte de la dispersion du SOC des différents éléments de stockage. En effet, par construction, le SOC global déterminé selon l'invention est continu et reflète le pourcentage de l'énergie réellement utilisable au niveau du système de stockage, par opposition avec la méthode consistant à calculer le SOC moyen. L'invention permet ainsi d'offrir au client un affichage plus précis du SOC et contribue à obtenir un gain de consommation sur un véhicule hybride, comportant un moteur thermique et une machine électrique. En outre, le procédé conforme à l'invention est facile à intégrer dans un calculateur car il nécessite peu de ressources de calcul. Selon une caractéristique particulière, l'étape de détermination de l'état de charge du système comporte des étapes consistant à : déterminer la différence entre un état de charge constituant une limite d'utilisation haute prédéterminée des éléments de stockage et un état de charge constituant une limite d'utilisation basse prédéterminée des éléments de stockage, de façon à obtenir une plage utile d'état de charge ; déterminer la différence entre cette plage utile et la dispersion précitée, de façon à obtenir une plage utilisable d'état de charge ; et déterminer l'état de charge du système comme suit : (a) si SOCmin SOCmax utile alors SOC global = SOCmax (c) si SOCmin SOCmin utile et SOCmax SOCmax utile alors SOCmin - SOCmin utile SOC global = x Plage_utile + SOCmin utile Plage_utilisable où SOC global désigne l'état de charge du système, SOCmin désigne l'état de charge de l'élément le moins chargé, SOCmin utile désigne l'état de charge constituant la limite d'utilisation basse prédéterminée, SOCmax désigne l'état de charge de l'élément le plus chargé, SOCmax utile désigne l'état de charge constituant la limite d'utilisation haute prédéterminée, Plage_utilisable désigne la plage utilisable d'état de charge, et Plage_utile désigne la plage utile d'état de charge. Dans le même but que celui indiqué plus haut, la présente invention propose également un calculateur de chaîne de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride, remarquable en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre des étapes d'un procédé tel que succinctement décrit ci-dessus. Toujours dans le même but, la présente invention propose également un véhicule automobile électrique ou hybride comportant un système de stockage d'énergie électrique ayant une pluralité d'éléments de stockage, ce véhicule étant remarquable en ce qu'il comporte un calculateur de chaîne de traction tel que succinctement décrit ci-dessus. D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un système de stockage d'énergie électrique du type considéré dans le cadre de la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ; - la figure 2 est un organigramme illustrant les principales étapes d'un procédé conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ; - la figure 3 est un graphique illustrant un exemple de détermination de l'état de charge suivant l'invention, dans un mode particulier de réalisation ; et - la figure 4 illustre trois exemples de configuration d'état de charge des éléments de stockage d'un système de stockage à quatre éléments auquel on applique le procédé conforme à la présente invention. On considère dans le cadre de la présente invention un système de stockage d'énergie électrique d'un véhicule automobile électrique ou hybride (tel qu'une batterie de traction d'un véhicule électrique ou hybride) du type illustré sur la figure 1. Le système 100 de stockage d'énergie électrique comporte n éléments de stockage 101, 102, ..., 10,. Il comporte également un superviseur 12 du système 100 de stockage, qui se charge notamment d'envoyer à un calculateur 14 de la chaîne de traction l'information sur l'état de charge global du système 100. Comme le montre l'organigramme de la figure 2, le procédé de détermination de l'état de charge du système 100 conforme à l'invention comporte une première étape 20 consistant à déterminer l'état de charge de l'élément de stockage le moins chargé, noté "SOCmin", et l'état de charge de l'élément de stockage le plus chargé, noté "SOCmax". Cette détermination peut être effectuée par exemple en déterminant l'état de charge de chacun des éléments de stockage et en les comparant les uns aux autres. Puis une deuxième étape 22 consiste à déterminer la différence Delta = SOCmax - SOCmin. Cette différence "Delta" est représentative de la dispersion maximale d'état de charge entre deux éléments. Enfin, une étape 24 consiste à déterminer l'état de charge global du système 100 de stockage à partir de la dispersion Delta. Dans un mode particulier de réalisation, l'étape 24 consiste à effectuer les étapes suivantes. On détermine tout d'abord la différence entre un état de charge noté "SOCmax utile", constituant une limite d'utilisation haute prédéterminée des éléments de stockage 101, 102, ..., 10, et un état de charge noté "SOCmin utile", constituant une limite d'utilisation basse prédéterminée des éléments de stockage 101, 102, ..., 10,. On note cette différence SOCmax utile SOCmin utile = Plage_utile. Elle représente une plage utile d'état de charge. Puis on détermine la différence Plage_utile - Delta = Plage_utilisable. Cette différence représente une plage d'état de charge réellement utilisable par le système 100, prenant en compte la dispersion. Ensuite, on détermine l'état de charge global du système 100 de la façon suivante : 2 9826 76 5 (a) si SOCmin SOCmax utile alors SOC global = SOCmax (c) si SOCmin SOCmin utile et SOCmax SOCmax utile alors SOCmin - SOCmin utile SOC global = x Plage_utile + SOCmin utile Plag e _utilisable 5 où "SOC global" désigne l'état de charge (global) du système 100. Ainsi, le SOC global renvoyé au calculateur 14 de la chaîne de traction tient compte de la dispersion d'état de charge entre les éléments de stockage 101, 102, ..., 10n. Si le SOC d'un des éléments de stockage 101, 102, ..., 10n est proche 10 d'une limite basse ou haute, le SOC global reflète le SOC de cet élément tout en assurant la continuité de l'information dans la plage d'énergie utilisable. Les cas (a), (b) et (c) ci-dessus sont illustrés dans un exemple sur le graphique de la figure 3, qui représente différentes mesures de l'état de charge en fonction du temps : SOCmin, SOCmax, le SOC moyen classique 15 (moyenne des SOC des différents éléments de stockage) et le SOC global déterminé conformément à l'invention. Toutes les valeurs d'état de charge sont comprises entre une valeur notée "SOCmin autorisé" représentant l'état de charge minimal autorisé et une valeur notée "SOCmax autorisé" représentant l'état de charge maximal 20 autorisé. Cette plage de SOC autorisée est un domaine explorable mais ne garantissant pas la tenue des performances dans le temps. Un élément de stockage se caractérise non seulement par cette plage de SOC autorisée, mais également par une plage de SOC utile (entre SOCmin utile et SOCmax utile, dont des valeurs exemples sont portées en 25 ordonnée du graphique de la figure 3), cette plage de SOC utile constituant un domaine qui garantit la pérennité des performances. Si on considère une information de SOC global basée sur une moyenne des SOC des éléments, la grandeur obtenue est décorrélée des grandeurs caractéristiques des éléments de stockage mentionnées ci-30 dessus. En effet, le SOC moyen peut être dans la plage [SOCmin utile ; SOCmax utile] alors que le SOC de l'élément le plus/le moins chargé n'y est pas. L'information SOC moyen ne représente pas le pourcentage de 35 l'énergie accessible du système 100 de stockage car il suffit qu'un élément soit aux limites utiles (max ou min) pour que la différence d'énergie SOCmax utile - SOC élément ou SOC élément - SOCmin utile (où SOC élément représente le SOC de l'élément considéré) ne soit pas exploitable. Les trois exemples de la figure 4 concernent un système 100 de 5 stockage comportant 4 éléments de stockage, chacune des quatre barres de chaque graphique représentant respectivement le SOC d'un de ces quatre éléments. Si on note E_elt l'énergie contenue dans un élément de stockage, Emax l'énergie maximale contenue dans le système 100 de stockage, Emin 10 l'énergie minimale contenue dans le système 100 et E l'énergie contenue dans le système 100, on a les relations suivantes : - pour l'exemple illustré en haut de la figure 4, Emax = n x E_elt x (SOCmax utile - Delta) ; - pour l'exemple illustré au milieu de la figure 4, E = n x E_elt x 15 SOCmin ; et - pour l'exemple illustré en bas de la figure 4, Emin = n x E_elt x SOCmin utile. Lorsque E = Emax, le SOC global renvoyé au calculateur 14 de la chaîne de traction est fixé à SOCmax utile. 20 Lorsque E = Emin, le SOC global renvoyé au calculateur 14 de la chaîne de traction est fixé à SOCmin utile. Lorsque Emin SOCmin utile et SOCmax REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de l'état de charge d'un système (100) de stockage d'énergie électrique d'un véhicule automobile électrique ou hybride, ledit système (100) de stockage comportant une pluralité d'éléments de stockage (101, 102, ..., 10,), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à : déterminer (20) l'état de charge de l'élément le moins chargé et l'état de charge de l'élément le plus chargé ; déterminer (22) la différence entre l'état de charge de l'élément le plus chargé et l'état de charge de l'élément le moins chargé, de façon à obtenir la dispersion maximale d'état de charge ; et déterminer (24) l'état de charge du système de stockage à partir de ladite dispersion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape (24) de détermination de l'état de charge du système comporte des étapes consistant à : déterminer la différence entre un état de charge constituant une limite d'utilisation haute prédéterminée des éléments de stockage (101, 102, ..., 10n) et un état de charge constituant une limite d'utilisation basse prédéterminée des éléments de stockage (10i, 102, ..., 10n), de façon à obtenir une plage utile d'état de charge ; déterminer la différence entre ladite plage utile et ladite dispersion, de façon à obtenir une plage utilisable d'état de charge ; et déterminer l'état de charge du système comme suit : (a) si SOCmin SOCmax utile alors SOC global = SOCmax (c) si SOCmin SOCmin utile et SOCmax SOCmax utile alors SOCmin - SOCmin utile SOC global = x Plage_utile + SOCmin utile Plage_utilisable où SOC global désigne l'état de charge du système (100), SOCmin désigne l'état de charge de l'élément le moins chargé, SOCmin utile désigne l'état de charge constituant ladite limite d'utilisation basse prédéterminée, SOCmax désigne l'état de charge de l'élément le plus chargé,SOCmax utile désigne l'état de charge constituant ladite limite d'utilisation haute prédéterminée, Plage_utilisable désigne ladite plage utilisable d'état de charge, et Plage_utile désigne ladite plage utile d'état de charge. 3. Calculateur de chaîne de traction (14) d'un véhicule automobile électrique ou hybride, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre des étapes d'un procédé selon la revendication 1 ou 2. 4. Véhicule automobile électrique ou hybride comportant un système (100) de stockage d'énergie électrique ayant une pluralité d'éléments de stockage (101, 102, ..., 10e), ledit véhicule étant caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur de chaîne de traction (14) selon la revendication 3.