Brevet FR2981625A1 — publié le 20130426

PROCEDE DE GESTION DE L'ALIMENTATION EN ENERGIE ELECTRIQUE DU RESEAU DE BORD D'UN VEHICULE AUTOMOBILE HYBRIDE La présente invention se rapporte à un procédé de gestion de l'alimentation en énergie électrique du réseau de bord d'un véhicule automobile hybride. La présente invention se rapporte également à un véhicule automobile hybride adapté à mettre en oeuvre un tel procédé. L'invention appartient au domaine de l'alimentation en énergie électrique du réseau de bord des véhicules automobiles. Elle s'applique aux véhicules automobiles hybrides disposant de deux réservoirs d'énergie de types différents, l'un réversible (par exemple, une batterie de traction haute tension) et l'autre non (par exemple, un réservoir de carburant). Les véhicules hybrides électriques comportent par exemple un moteur thermique et une machine électrique. L'un des problèmes posés par ces architectures est la gestion de l'alimentation en énergie électrique des accessoires du réseau de bord (généralement un réseau 12 V), en particulier lorsque le moteur thermique est coupé (éteint). La solution habituellement apportée à ce type de problème est illustrée sur la figure 1. Elle consiste à implanter un convertisseur haute tension/basse tension 10 entre la batterie de traction haute tension 12 et le réseau de bord, qui permet de fournir de l'énergie au réseau de bord à partir de l'énergie du réseau haute tension. La figure 1 montre également la machine électrique 14, à laquelle est relié un convertisseur de courant alternatif/continu 16. Une batterie basse tension 18 est par ailleurs montée entre le réseau de bord et la masse. Cependant, le convertisseur haute tension/basse tension représente un coût additionnel, nécessite des opérations spécifiques d'implantation et ajoute à l'encombrement et la masse du véhicule. En outre, il présente l'inconvénient de ne pas être adapté à des véhicules hybrides non électriques. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Dans ce but, la présente invention propose un procédé de gestion de l'alimentation en énergie électrique du réseau de bord d'un véhicule automobile hybride comportant un moteur thermique, une machine électrique, une batterie de traction haute tension, un alternateur couplé au moteur thermique et une batterie basse tension, dans lequel : lorsque le moteur thermique est allumé, le réseau de bord est alimenté par l'alternateur ou par la batterie basse tension, ce procédé étant remarquable en ce que lorsque le moteur thermique est éteint, le réseau de bord est alimenté par la batterie basse tension, et en ce que l'alimentation du réseau de bord est effectuée sans intervention d'un convertisseur haute tension/basse tension. Ainsi, l'invention propose de remplacer le convertisseur haute tension/basse tension par un alternateur classique couplé au moteur thermique et des stratégies appropriées d'arrêt et de démarrage du moteur thermique et de gestion de la batterie basse tension, afin de garantir un roulage avec moteur thermique coupé pérenne en minimisant la consommation, malgré l'absence du convertisseur de tension. Selon une caractéristique particulière, le procédé comporte des étapes consistant à : surveiller l'état de charge de la batterie basse tension, lorsque le moteur thermique est éteint, comparer l'état de charge à une valeur minimale prédéterminée de l'état de charge et lorsque l'état de charge est strictement supérieur à cette valeur minimale, maintenir le moteur thermique éteint, lorsque l'état de charge est inférieur ou égal à cette valeur minimale, démarrer le moteur thermique pour recharger la batterie basse tension. Selon une caractéristique particulière, le procédé comporte en outre des étapes consistant à : lorsque le moteur thermique est allumé, déterminer une valeur de régulation optimale de l'état de charge, comparer l'état de charge à cette valeur de régulation optimale et lorsque l'état de charge est strictement supérieur à cette valeur de régulation optimale, alimenter le réseau de bord par la batterie basse tension, lorsque l'état de charge est inférieur ou égal à cette valeur de régulation optimale, recharger la batterie basse tension via l'alternateur et alimenter le réseau de bord par la batterie basse tension. Selon une caractéristique particulière, l'étape de détermination de la valeur de régulation optimale de l'état de charge consiste à : déterminer une puissance minimale de traction, à partir de la puissance minimale de traction, déterminer la durée maximale pendant laquelle le véhicule peut rouler avec le moteur thermique éteint, à partir de cette durée maximale, déterminer la quantité d'énergie à conserver dans la batterie basse tension, à partir de cette quantité d'énergie, déterminer la valeur de régulation 10 optimale. Selon une caractéristique particulière, la puissance minimale de traction est déterminée à partir de statistiques de roulage. Selon une caractéristique particulière, la durée maximale précitée est égale au rapport entre l'énergie restant dans la batterie de traction haute 15 tension et la puissance minimale de traction. Selon une caractéristique particulière, la quantité précitée d'énergie à conserver est égale au rapport entre, d'une part, le produit de la durée maximale précitée par la puissance prélevée sur le réseau de bord et, d'autre part, le rendement de décharge de la batterie basse tension. 20 Selon une caractéristique particulière, la valeur de régulation optimale est égale à la somme de l'état de charge minimal de la batterie basse tension et de la quantité précitée d'énergie à conserver. Dans le même but que celui indiqué plus haut, la présente invention propose également un véhicule automobile hybride comportant un moteur 25 thermique, une machine électrique, une batterie de traction haute tension, un alternateur couplé au moteur thermique et une batterie basse tension, remarquable en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre, sans intervention d'un convertisseur haute tension/basse tension, des étapes d'un procédé tel que succinctement décrit ci-dessus. 30 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, déjà décrite, est une représentation schématique 35 simplifiée d'une architecture électrique classique pour l'alimentation du réseau de bord d'un véhicule hybride électrique ; - la figure 2 est une représentation schématique simplifiée d'un mode particulier de réalisation d'une architecture électrique pour l'alimentation du réseau de bord d'un véhicule hybride, sans convertisseur haute tension/basse tension, adaptée à mettre en oeuvre un procédé de gestion de l'alimentation conforme à l'invention ; - la figure 3 est un organigramme illustrant la stratégie de gestion de l'alimentation du réseau de bord conforme à l'invention, dans un mode particulier de réalisation ; et - la figure 4 est un organigramme illustrant les principales étapes de détermination d'une valeur de régulation optimale de l'état de charge d'une batterie basse tension conformément à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation. On considère dans le cadre de la présente invention un véhicule automobile hybride disposant de deux réservoirs d'énergie de types différents. Il peut s'agir par exemple, mais non nécessairement, d'un véhicule hybride électrique, comportant un moteur thermique et une machine électrique, ce type d'hybride disposant donc d'un premier réservoir d'énergie constitué d'une batterie de traction haute tension et d'un deuxième réservoir d'énergie constitué d'un réservoir de carburant. Ce véhicule comporte en outre une batterie basse tension destinée à alimenter en énergie électrique le réseau de bord du véhicule. Comme le montre la figure 2, sur laquelle les éléments identiques à ceux décrits plus haut en liaison avec la figure 1 portent les mêmes chiffres de référence, l'invention propose de remplacer le convertisseur 10 de la figure 1 par un alternateur 20 classique, couplé de façon connue en soi (non représentée pour simplifier) au moteur thermique afin de fournir l'énergie nécessaire au réseau de bord. Lorsque le moteur thermique est en marche (allumé), l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement du réseau de bord est fournie par l'alternateur 20 ou par la batterie basse tension 18, comme sur un véhicule classique. Lorsque le moteur thermique est coupé (éteint), l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement du réseau de bord est fournie par la batterie basse tension 18. L'enjeu est alors de pouvoir garantir un état de charge ou SOC (de l'anglais "State Of Charge") de la batterie basse tension 18 suffisamment important à tout instant afin que celle-ci puisse fournir de l'énergie au réseau de bord lorsque le moteur thermique sera coupé. 2 98162 5 5 La stratégie de gestion de l'alimentation en énergie électrique du réseau de bord conforme à l'invention, qui va être décrite ci-dessous en détail en liaison avec la figure 3, permet de s'affranchir d'un convertisseur haute tension/basse tension. 5 Comme le montre la figure 3, lors d'une étape 300, le superviseur du groupe motopropulseur décide si le moteur doit être allumé ou non. Si le moteur thermique est éteint, le réseau de bord (par exemple un réseau 12 volts) est alimenté par la batterie basse tension 18 (étape 302). La stratégie conforme à l'invention consiste à surveiller en parallèle 10 l'état de charge de la batterie basse tension 18. On détermine au préalable une valeur minimale de cet état de charge (SOC), sachant qu'un SOC de 100 % correspond à une batterie pleine et un SOC de 0 % correspond à une batterie vide. La valeur minimale prédéterminée du SOC est par exemple de 70 %, cet exemple n'étant nullement limitatif. 15 Lorsque le moteur thermique est éteint, on compare le SOC à cette valeur minimale prédéterminée (étape 304). Lorsque le SOC est strictement supérieur à cette valeur minimale, on maintient le moteur thermique éteint (étape 306). Lorsque le SOC est inférieur ou égal à la valeur minimale, on démarre 20 le moteur thermique pour recharger la batterie basse tension 18 (étape 308). Si à l'étape 300, le superviseur du groupe motopropulseur décide d'allumer le moteur thermique, il y a possibilité de recharger la batterie basse tension 18 via l'alternateur 20 (étape 310). Conformément à la présente invention, on détermine alors une valeur 25 de régulation optimale du SOC, d'une façon décrite en détail ci-après et on compare le SOC de la batterie basse tension 18 à cette valeur de régulation optimale (étape 312). Lorsque le SOC est strictement supérieur à la valeur de régulation optimale, on alimente le réseau de bord par la batterie basse tension 18 30 (étape 314) et l'alternateur ne débite pas. Lorsque le SOC est inférieur ou égal à la valeur de régulation optimale, on recharge la batterie basse tension 18 via l'alternateur 20, qui débite donc, et on alimente le réseau de bord par la batterie basse tension 18 (étape 316). 35 On décrit maintenant comment déterminer la valeur de régulation optimale du SOC de la batterie basse tension 18. Si le SOC de régulation de la batterie basse tension 18 est trop élevé alors le rendement du système n'est pas bon (la charge du moteur thermique est plus importante, le rendement de la batterie basse tension est mauvais, etc.), ce qui engendre une augmentation de la consommation. Si le SOC de régulation de la batterie basse tension 18 est trop bas, lorsque le moteur thermique sera coupé, la batterie basse tension ne pourra pas alimenter le réseau de bord pendant un temps très long et sera contrainte de demander un redémarrage du moteur thermique qui n'était pas souhaité. On régule donc le SOC de la batterie basse tension par exemple de la façon suivante, illustrée sur la figure 4. Lors d'une étape 400, on détermine tout d'abord une puissance minimale de traction, par exemple à partir de données statistiques de roulage. Ainsi, par exemple, si on détermine que 90 % des roulages ont une puissance de traction supérieure à 1 kW, on prend en référence une puissance minimale de 1 kW pour la traction. Ensuite, lors d'une étape 402, on détermine la durée maximale pendant laquelle le véhicule peut rouler avec le moteur thermique éteint, c'est-à-dire en mode de roulage purement électrique (mode dit ZEV, de l'anglais "Zero Emission Vehicle"). Cette durée correspond par exemple à l'énergie restant dans la batterie de traction haute tension 12 divisée par la puissance minimale de traction déterminée à l'étape 400. Par exemple, cette durée est de 1 MJ/1 kW = 1000 s. L'étape suivante 404 consiste à déterminer la quantité d'énergie à conserver dans la batterie basse tension 18. Cette énergie doit permettre de garantir la fourniture de l'énergie électrique au réseau de bord. Par exemple, elle est égale à la durée maximale de roulage ZEV déterminée à l'étape 402 multipliée par la puissance prélevée sur le réseau de bord et divisée par le rendement de décharge de la batterie basse tension 18. Par exemple, si la puissance prélevée sur le réseau de bord est de 250 W et le rendement de décharge de la batterie basse tension 18 est de 0,9, l'énergie à conserver dans la batterie basse tension 18 est de 1000 s x 250 W / 0,9 = 270 kJ. Enfin, à l'étape 406, on en déduit le SOC de régulation optimal de la batterie basse tension 18 en convertissant la quantité d'énergie déterminée à l'étape 404 en SOC exprimé en pourcentage. Ainsi, par exemple, le SOC de régulation optimal est la somme du SOC minimal de la batterie basse tension 18 et de la quantité d'énergie à conserver. Par exemple, avec une batterie 18 de 70 Ah qui contient 3000 kJ, 1 % du SOC vaut 30 kJ, donc 270 kJ = 9 % du SOC de la batterie basse tension 18, donc le SOC de régulation optimal de la batterie basse tension 18 vaut 70 % (SOC minimal dans cet exemple) + 9 % = 79 %. Ainsi, la présente invention a notamment pour avantage de permettre de s'affranchir d'un convertisseur de tension qui est une pièce beaucoup plus complexe à développer et à intégrer qu'un alternateur classique. En outre, l'invention garantit le roulage moteur thermique coupé, malgré l'absence du convertisseur, en minimisant la consommation d'énergie électrique. REVENDICATIONS1. Procédé de gestion de l'alimentation en énergie électrique du réseau de bord d'un véhicule automobile hybride comportant un moteur thermique, une machine électrique (14), une batterie de traction haute tension (12), un alternateur (20) couplé au moteur thermique et une batterie basse tension (18), dans lequel : lorsque le moteur thermique est allumé, le réseau de bord est alimenté par l'alternateur (20) ou par la batterie basse tension (18), ledit procédé étant caractérisé en ce que lorsque le moteur thermique est éteint, le réseau de bord est alimenté par la batterie basse tension (18), et en ce que l'alimentation du réseau de bord est effectuée sans intervention d'un convertisseur haute tension/basse tension. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à : surveiller l'état de charge de la batterie basse tension (18), lorsque le moteur thermique est éteint, comparer (304) ledit état de charge à une valeur minimale prédéterminée de l'état de charge et lorsque l'état de charge est strictement supérieur à ladite valeur minimale, maintenir (306) le moteur thermique éteint, lorsque l'état de charge est inférieur ou égal à ladite valeur minimale, démarrer (308) le moteur thermique pour recharger la batterie basse tension (18). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des étapes consistant à : lorsque le moteur thermique est allumé, déterminer une valeur de régulation optimale dudit état de charge, comparer (312) l'état de charge à ladite valeur de régulation optimale et lorsque l'état de charge est strictement supérieur à ladite valeur de régulation optimale, alimenter le réseau de bord par la batterie basse tension (18), lorsque l'état de charge est inférieur ou égal à ladite valeur de régulation optimale, recharger la batterie basse tension (18) via l'alternateur (20) et alimenter le réseau de bord par la batterie basse tension (18). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape de détermination de la valeur de régulation optimale de l'état de charge consiste à : déterminer (400) une puissance minimale de traction, à partir de la puissance minimale de traction, déterminer (402) la durée maximale pendant laquelle le véhicule peut rouler avec le moteur thermique éteint, à partir de ladite durée maximale, déterminer (404) la quantité d'énergie à conserver dans la batterie basse tension (18), à partir de ladite quantité d'énergie, déterminer (406) ladite valeur de régulation optimale. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la puissance minimale de traction est déterminée à partir de statistiques de roulage. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ladite durée maximale est égale au rapport entre l'énergie restant dans la batterie de traction haute tension (12) et la puissance minimale de traction. 7. Procédé selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que ladite quantité d'énergie à conserver est égale au rapport entre, d'une part, le produit de ladite durée maximale par la puissance prélevée sur le réseau de bord et, d'autre part, le rendement de décharge de la batterie basse tension (18). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que ladite valeur de régulation optimale est égale à la somme de l'état de charge minimal de la batterie basse tension (18) et de ladite quantité d'énergie à conserver. 9. Véhicule automobile hybride comportant un moteur thermique, une machine électrique (14), une batterie de traction haute tension (12), un alternateur (20) couplé au moteur thermique et une batterie basse tension (18), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en oeuvre, sans intervention d'un convertisseur haute tension/basse tension, des étapes d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.