Brevet FR2983354A1 — publié le 20130531

Procédé de régulation de la température d'une batterie de traction d'un véhicule électrique en charge, en particulier lors d'une charge rapide de la batterie La présente invention est relative à un procédé de contrôle d'un système de régulation thermique d'une batterie apte à réguler la température de la batterie selon une consigne de commande. Une application du procédé de l'invention concerne le contrôle du système de régulation thermique d'une batterie de traction d'un véhicule automobile lors de la mise en oeuvre d'une opération de charge rapide ou ultra-rapide de cette 10 dernière (gamme de puissance 20-40-80 kW). Compte tenu de la forte puissance thermique générée lors d'une telle opération de charge rapide ou ultra-rapide de la batterie, il est nécessaire d'effectuer une gestion intelligente du fonctionnement du système de régulation thermique de la batterie en charge, afin notamment de pouvoir toujours garantir 15 que les limites de température de la batterie soient respectées lors de la charge rapide ou ultra-rapide et que le temps de charge soit minimisé. En effet, la performance de la batterie, sa capacité énergétique, son comportement lors de la charge (rendement, échauffement, etc.), ainsi que sa durée de vie dépendent fortement de l'état thermique de la batterie. 20 La mise en place de cette gestion intelligente nécessite de connaître à tout moment la température de la batterie. Des systèmes de commande du refroidissement de la batterie basés sur la mesure de la température de la batterie sont bien connus de l'homme du métier, notamment par l'exemple qu'en donne le document US 6,624,615. La stratégie de commande proposée 25 dans ce document est associée à un système de régulation thermique ayant une architecture de refroidissement à deux étages de ventilateurs pour la batterie en charge rapide. La mise en marche et l'arrêt des deux étages de ventilateurs sont commandés en fonction de la comparaison entre une température mesurée de la batterie et des valeurs de seuils hauts et bas 30 prédéterminés. Aussi, pour fonctionner, ce système repose sur la mesure de la température de la batterie. Or, compte tenu de l'inertie thermique très importante de la batterie, de performances de refroidissement relativement limitées et d'une forte puissance thermique générée lors de la charge rapide ou ultra-rapide, l'évolution de la température de la batterie peut s'avérer être difficilement contrôlable. En l'occurrence, la solution précédemment évoquée basée sur la température mesurée de la batterie, ne permet pas d'anticiper une montée rapide de la température. En effet, lors de la charge rapide, la forte intensité de courant requise peut faire monter la température de batterie très rapidement. Du fait de l'inertie thermique de la batterie, si on attend que la température effectivement mesurée soit élevée pour agir, le refroidissement commandé peut ne pas être suffisant pour évacuer instantanément toute la chaleur produite par la charge rapide et empêcher une augmentation supplémentaire de température. Aussi, le risque existe que la température de batterie augmente de façon excessive, ou plus vraisemblablement que la charge de la batterie soit interrompue ou se fasse à puissance réduite, au détriment de la rapidité de charge. Une autre alternative serait de commander le système de refroidissement à son niveau le plus élevé à tout moment, c'est-à-dire avec les deux étages de ventilateurs systématiquement mis en marche, tant que la charge rapide de la batterie est activée et ce, même si la température de la batterie n'est pas très élevée. Cependant, en fonction du régime de charge et du temps de charge restant, la batterie est amenée à produire une quantité de chaleur supplémentaire plus ou moins grande et il n'est pas exclu qu'elle n'ait pas à subir d'augmentation excessive de température, même sans refroidissement ou encore en présence d'un refroidissement modéré. Dans ce cas, la consommation d'énergie par le système résultant d'un refroidissement fort est une perte inutile. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un procédé de contrôle du système de régulation thermique de la batterie, exempt de l'une au moins des limitations précédemment évoquées. En particulier, un but de l'invention est de contrôler le fonctionnement du système de régulation thermique de la batterie en évitant tout risque d'augmentation excessive de la température de la batterie, tout en permettant de dimensionner au plus juste les performances de régulation thermique, en vue d'optimiser la consommation d'énergie par le système. A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce qu'il comprend une étape de prédiction d'une température de la batterie en fin de charge, à partir d'une température courante mesurée de la batterie et d'un courant de charge prévisionnel de la batterie, une étape de calcul d'un écart de température entre la température prédite en fin de charge et une température maximale autorisée de la batterie en fin de charge, et une étape de détermination de la consigne de commande à appliquer au système de régulation thermique de la batterie en fonction de l'écart de température calculé. Grâce à cette combinaison d'étapes, le fonctionnement du système de régulation thermique de la batterie, en particulier son refroidissement, peut être adapté non seulement à la température de la batterie déjà atteinte et mesurée, mais aussi à la température future prévisionnelle à laquelle est censée être la batterie en fin de charge, en tenant compte des données du cycle de charge prévisionnel de la batterie. Ainsi, en tenant compte de l'état, notamment la température, vers lequel le système va évoluer, le procédé de l'invention permet d'agir par anticipation lorsqu'il y a un risque d'augmentation excessive de la température pour que l'évolution de la température de batterie se situe toujours en dessous des limites acceptables autorisées, de manière à garantir un bon déroulement de la charge rapide, d'une part et une bonne conservation de la batterie, d'autre part. Elle permet en outre d'ajuster la performance du refroidissement au juste nécessaire et permet ainsi d'optimiser la consommation d'énergie tout en minimisant le temps de charge. Avantageusement, la consigne de commande est choisie séquentiellement parmi au moins une consigne de non refroidissement de la batterie, une consigne de refroidissement de la batterie à un premier niveau de refroidissement, une consigne de refroidissement de la batterie à un deuxième niveau de refroidissement de la batterie, supérieur au premier niveau de refroidissement, de sorte à permettre de contenir la température de la batterie prédite en fin de charge en deçà de la température maximale autorisée de la batterie en fin de charge. De préférence, une consigne de réduction du courant de charge de la batterie est donnée lorsque la température de la batterie prédite en fin de charge avec la consigne de refroidissement de la batterie au deuxième niveau de refroidissement est supérieure à la température maximale autorisée de la batterie en fin de charge de la batterie. Le courant de charge prévisionnel est avantageusement une valeur maximale de courant, fonction de l'état de charge instantané de la batterie et de la température courante mesurée de la batterie. Selon un mode de réalisation, l'étape de prédiction de la température de la batterie en fin de charge inclut d'estimer l'évolution de la température de la batterie entre un instant courant et un instant de fin de charge en utilisant un modèle thermique dynamique de l'ensemble constitué par la batterie et le système de régulation thermique, le modèle thermique dynamique comportant un mode de régulation thermique configurable parmi au moins un mode sans refroidissement, un premier mode de régulation correspondant à un premier niveau de refroidissement de la batterie et un deuxième mode de régulation correspondant à un deuxième niveau de refroidissement de la batterie, supérieur au premier niveau de refroidissement. Avantageusement, la configuration du mode de régulation thermique utilisé pour prédire la température de la batterie en fin de charge est fonction de la consigne de commande appliquée au système de régulation thermique de la 20 batterie. De préférence, le modèle thermique dynamique reçoit en entrée des informations concernant un état de charge initial de la batterie, la température initiale de la batterie, la température initiale d'un circuit de circulation de fluide caloporteur du système de régulation thermique de la batterie et la température 25 de l'air ambiant. Avantageusement, le procédé peut être exécuté périodiquement jusqu'à un instant de fin de charge de la batterie, par exemple une fois par seconde. De préférence, le procédé est exécuté lorsque la batterie est en charge rapide. 30 D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la Figure 1 représente de façon schématique un exemple de système de régulation thermique dans lequel le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre ; - la Figure 2 illustre par un organigramme un algorithme de pilotage prédictif de refroidissement de la batterie conforme à un exemple de mise en oeuvre du procédé de contrôle selon l'invention; - la Figure 3 représente de façon schématique un exemple de moyen de calcul pour la détermination du courant de charge prévisionnel de la batterie pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle selon l'invention ; - la Figure 4 représente de façon schématique un exemple de moyen de calcul d'un modèle thermique de la batterie et du système de régulation thermique de la batterie, pouvant entrer dans la constitution du procédé de contrôle selon l'invention. La figurel représente de façon schématique un exemple de système de régulation thermique 10 d'une batterie 1, notamment pour véhicule automobile électrique ou hybride, auquel peut être associé le procédé de contrôle selon l'invention. Selon l'exemple de la figure 1, le système de régulation thermique 10 de la batterie comporte deux dispositifs de refroidissement 11 et 12, correspondant respectivement à un premier niveau de refroidissement (Niveau 1) et à un deuxième niveau de refroidissement (Niveau 2). Le premier niveau de refroidissement est de préférence moins performant et moins consommateur en énergie électrique et est prévu pour être sollicité pour un besoin de refroidissement faible de la batterie, tandis que le deuxième niveau de refroidissement est plus performant mais aussi plus consommateur en énergie électrique et est donc réservé à un besoin de refroidissement de la batterie plus important. Un circuit 13 de circulation de fluide caloporteur passant au travers la batterie 1 est commun aux deux dispositifs de refroidissement 11 et 12. Bien entendu, le nombre de niveaux de refroidissement n'est pas limitatif et le principe de l'invention qui sera détaillé plus loin peut être étendu à une pluralité de niveaux de refroidissement. A titre d'exemple, le premier dispositif de refroidissement 11 peut comprendre un radiateur équipé d'un moto-ventilateur et le deuxième dispositif de refroidissement peut comprendre un échangeur muni d'un circuit frigorifique. En variante, le système de régulation thermique à multiples niveaux de refroidissement peut être mis en oeuvre par l'intermédiaire d'un moto-ventilateur à vitesses multiples et/ou par un compresseur de circuit frigorifique à vitesses multiples et/ou à vitesse variable. Le système de régulation thermique de la batterie peut en outre comprendre un dispositif de chauffage 14, apte à être sollicité pour chauffer la batterie lorsque la température de cette dernière est trop basse, par exemple lors de la mise en oeuvre de cycles de préchauffage avec ou sans charge de la batterie. Le dispositif de chauffage 14 est connecté au circuit 13 de circulation du fluide caloporteur, en parallèle avec les deux dispositifs de refroidissement 11 et 12. Des électrovannes (non représentées) sont placées sur le circuit pour permettre la circulation du fluide uniquement dans la branche du dispositif de refroidissement ou de chauffage sollicité. Le procédé de contrôle du système de régulation thermique de la batterie est mis en oeuvre au cours de la phase principale de charge de la batterie, durant laquelle les différents niveaux de refroidissement peuvent être activés. Selon l'état thermique de la batterie au début de la charge, la phase principale de charge de la batterie peut être précédée d'une phase de préchauffage avec ou sans charge de de la batterie ou encore d'une phase de pré-refroidissement sans charge. La Figure 2 représente un organigramme d'un algorithme conforme à un mode de mise en oeuvre du procédé de contrôle selon l'invention. Cet algorithme vise à exécuter un pilotage prédictif des différents modes de refroidissement de la batterie, basé sur un calcul de prédiction d'une température de la batterie prédite en fin de charge, effectué à partir d'une température courante mesurée de la batterie et d'un courant de charge prévisionnel de la batterie, comme il sera expliqué plus en détail ci-après. L'algorithme de pilotage prédictif est exécuté en boucle de façon périodique, par exemple une fois par seconde, afin d'ajuster en permanence la consigne de commande du système de régulation thermique et le calcul de prédiction de la température prédite en fin de charge, selon l'état réel de la batterie (température et cycle de charge). Le calcul de prédiction est réalisé sur la durée entre l'instant courant et l'instant de fin de charge. La consigne de commande du système de régulation thermique de la batterie sortant de chaque boucle est appliquée et maintenue jusqu'à la fin de la boucle suivante. L'algorithme de pilotage prédictif comprend les étapes illustrées à la figure 2. Selon la configuration retenue du système de régulation thermique de la batterie, l'algorithme est construit de sorte à envisager séquentiellement les hypothèses suivantes d'un mode sans refroidissement, puis d'un premier mode de régulation thermique correspondant au premier niveau de refroidissement (Niveau 1) de la batterie, puis enfin d'un deuxième mode de régulation correspondant au deuxième niveau de refroidissement de la batterie (Niveau 2), et à effectuer le calcul de prédiction correspondant (par simulation) de la température prédite de la batterie en fin de charge, en fonction du cycle de charge à appliquer. Soient Tb(t) la température courante mesurée de la batterie, Tbpr la température prédite de la batterie en fin de charge et Tbm la température maximale autorisée de la batterie en fin de charge. L'objectif visé par l'algorithme de pilotage prédictif est de maintenir la température prédite en fin de charge Tbpr sous la limite maximale autorisée Tbm. Aussi, tant que cet objectif (Tbpr L'itération sur l'état de charge de la batterie et la condition de convergence ISOC(l+1)(t) - SOC(l)(t)I REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'un système de régulation thermique (10) d'une batterie (1) apte à réguler la température de la batterie en charge selon une 5 consigne de commande, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (S4) de prédiction d'une température de la batterie (Tbpr) en fin de charge, à partir d'une température courante mesurée de la batterie (Tb(t)) et d'un courant de charge (I(t)) prévisionnel de la batterie, une étape (S5) de calcul d'un écart de température entre la température prédite (Tbpr) en fin de charge et une 10 température maximale autorisée de la batterie (Tbm) en fin de charge, et une étape de détermination de la consigne de commande à appliquer au système de régulation thermique de la batterie en fonction de l'écart de température calculé. 15 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la consigne de commande est choisie séquentiellement parmi au moins une consigne de non refroidissement de la batterie, une consigne de refroidissement de la batterie à un premier niveau de refroidissement, une consigne de refroidissement de la batterie à un deuxième niveau de refroidissement de la 20 batterie, supérieur au premier niveau de refroidissement, de sorte à permettre de contenir la température de la batterie prédite (Tbpr) en fin de charge en deçà de la température maximale autorisée de la batterie (Tbm) en fin de charge. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une consigne 25 de réduction du courant de charge de la batterie est donnée lorsque la température de la batterie prédite (Tbpr) en fin de charge avec la consigne de refroidissement de la batterie au deuxième niveau de refroidissement est supérieure à la température maximale autorisée de la batterie (Tbm) en fin de charge de la batterie. 30 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le courant de charge prévisionnel (I(t)) est une valeur maximale de courant, fonction de l'état de charge instantané (SOC(t)) de la batterie et de la température courante mesurée (Tb(t)) de la batterie. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (S4) de prédiction de la température de la batterie (Tbpr) en fin de charge inclut d'estimer l'évolution de la température de la batterie (Tb) entre un instant courant et un instant de fin de charge en utilisant un modèle thermique dynamique de l'ensemble constitué par la batterie et le système de régulation thermique, le modèle thermique dynamique comportant un mode de régulation thermique configurable parmi au moins un mode sans refroidissement, un premier mode de régulation correspondant à un premier niveau de refroidissement de la batterie et un deuxième mode de régulation correspondant à un deuxième niveau de refroidissement de la batterie, supérieur au premier niveau de refroidissement. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la 15 configuration du mode de régulation thermique utilisé pour prédire la température de la batterie (Tbpr) en fin de charge est fonction de la consigne de commande appliquée au système de régulation thermique de la batterie. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, 20 caractérisé en ce que le modèle thermique dynamique reçoit en entrée des informations concernant un état de charge initial de la batterie (SOCo), la température initiale de la batterie (Tbo), la température initiale d'un circuit de circulation de fluide caloporteur (Tco) du système de régulation thermique de la batterie et la température de l'air ambiant (Ta). 25 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est exécuté périodiquement jusqu'à un instant de fin de charge de la batterie. 30 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est exécuté une fois par seconde. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la batterie est en charge rapide.