Brevet FR2980651A1 — publié le 20130329

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de gestion d'un réseau embarqué à deux accumulateurs dans un véhicule auto- mobile comportant deux parties de réseau reliées par un convertisseur de tension continu/continu. L'invention se rapporte également à une unité de calcul appliquant un tel procédé. Etat de la technique Les véhicules fonctionnant en mode automatique marche/arrêt, sont connus. Les systèmes actuels équipant de tels véhi- cules, ainsi que d'ailleurs dans d'autres véhicules, ont un accumulateur électrique relié à un générateur électrique et un moteur de démarreur de type connu ainsi qu'à des utilisateurs ou consommateurs électriques du véhicule. L'accumulateur électrique est par exemple un accumula- teur au plomb appelé dans la suite de la description "batterie du véhi- cule". Pendant la phase de démarrage du moteur à combustion interne, la batterie du véhicule est fortement sollicitée par le moteur du démarreur entraînant l'effondrement de la tension du réseau embarqué. Cela peut se traduire pour des utilisateurs sensibles à la tension, (tels que par exemple des radios ou des systèmes d'informations domestiques), à des limitations de fonctionnement. Dans les systèmes de véhicule sans automatisme marche/arrêt, cette situation est acceptable car le moteur à combustion interne n'est généralement démarré qu'une seule fois pour un trajet. L'inconvénient particulièrement grave du mode de fonctionnement marche/arrêt pour un réseau embarqué usuel est toutefois que pendant les phases d'arrêt, la batterie du véhicule se décharge si bien que la tension de la batterie chute en dessous d'une valeur corres- pondant à sa tension d'équilibre. Après une telle décharge, la tension est par exemple seulement à 12 V alors que la tension de consigne ou tension nominale est de 14 V. La capacité à double couche dans la plage limite électro/électrolyte de la batterie du véhicule, est alors en partie déchargée. La fonction de tampon de la capacité à double couche disparaît dans ces conditions ce qui amplifie l'effondrement de la tension au démarrage du moteur. Pour éviter cet effondrement de la tension pendant le démarrage à chaud dans les véhicules équipés d'un système automatique marche/arrêt, on connaît différents moyens de stabilisation de la ten- sion. Mais ces moyens sont compliqués et coûteux. But de l'invention La présente invention a pour but de développer des moyens économiques permettant d'éviter une intervention de stabilisa- tion de tension dans les réseaux embarqués de véhicules automobiles et se réalisant avec des moyens simples et peu couteux et remédiant aux inconvénients de l'état de la technique. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type ci- dessus, de gestion d'un réseau embarqué à deux accumulateurs d'un véhicule automobile comportant deux parties de réseau reliées par un convertisseur de tension continu/continu et un générateur, - la première des deux parties de réseau comportant un premier ac- cumulateur d'énergie et la seconde des deux parties de réseau com- portant un second accumulateur d'énergie, - un moteur de démarreur pour démarrer le moteur à combustion in- terne de véhicule et au moins un utilisateur, - pendant la période lorsque le générateur ne fonctionne pas et/ou directement avant le démarrage du moteur à combustion interne du véhicule, au moins de temps en temps la tension de la seconde par- tie du réseau est relevée par le premier accumulateur d'énergie par un relèvement de la tension de sortie du convertisseur de tension continu/continu jusqu'à une tension de démarrage dépassant la tension nominale du second accumulateur d'énergie. Comme tension de sortie on peut avantageusement rele- ver la tension de sortie de consigne et/ou la tension de sortie réelle du convertisseur de tension continu/continu. La tension de démarrage peut avantageusement dépasser d'au moins 0,5 V. la tension nominale du second accumulateur d'énergie et/ou la tension nominale de la seconde partie du réseau embarqué et est de préférence au moins égale à 14,5 V. La présente invention est par exemple appliquée à un réseau embarqué à deux accumulateurs comme les réseaux utilisés par exemple par les systèmes dits de récupération ou systèmes dynamiques de véhicules automobiles. Les systèmes de récupération ou systèmes dynamiques récupèrent l'énergie de freinage par un générateur sous forme d'énergie électrique et stockent cette énergie dans un accumula- teur d'énergie. La figure 1 décrite ci-après représente un réseau embar- qué à deux accumulateurs comme ceux utilisés par les systèmes de récupération. Le réseau embarqué à deux accumulateurs comporte deux parties de réseau fonctionnant à des tensions différentes. Dans une première partie décrite ci-après, un premier accumulateur d'énergie 15 reçoit l'énergie de freinage de récupération. Un convertisseur de tension continu/continu 13 alimente la seconde partie de réseau à savoir le réseau embarqué proprement dit. Il comprend la batterie du véhicule et alimente ainsi les utilisateurs électriques. La tension de fonctionnement à vide du réseau embarqué d'un véhicule automobile est usuellement comprise entre environ 12 V (tension nominale de la batterie) et environ 14 V (tension de charge de la batterie). La tension nominale du premier accumulateur d'énergie est habituellement plus élevée que la tension nominale du second accumulateur d'énergie. La présente invention permet un meilleur fonctionnement de ce réseau embarqué à deux accumulateurs pendant la phase d'arrêt du mode marche/arrêt et/ou directement avant le démarrage du moteur, c'est-à-dire de façon générale pendant les phases dans lesquelles, le générateur ne fournit pas de tension. Dans ces phases, la batterie du véhicule est alimentée selon l'invention par l'intermédiaire du convertis- seur de tension continu/continu et la seconde partie du réseau est rele- vée ou est maintenue à un niveau de tension supérieur au niveau habituel (dans le cadre de la présente description, il s'agit de la "tension de démarrage"). La capacité à double couche de la batterie du véhicule est chargée en même temps. La batterie du véhicule peut ainsi fournir sa tension de charge totale ou relevée et la double couche rechargée pourra servir à la phase de démarrage. La batterie du véhicule est soutenue pendant le démarrage par le convertisseur de tension continu/continu comme cela sera développé ci-après. Ainsi, selon l'invention, la phase de démarrage permet de réduire l'effondrement de la tension de sorte qu'aucune mesure sup- plémentaire n'est nécessaire pour soutenir l'utilisateur ou consommateur électrique relié au réseau embarqué. On évite également les mesures supplémentaires pour réduire l'effondrement de la tension et ainsi des coûts supplémentaires. Comme le nombre de cycles est réduit, c'est-à-dire la répétition des phases de charge/décharge de la batterie pour la soutenir pendant les phases d'arrêt, la batterie vieillit moins rapidement. Globalement, la combinaison fonctionnelle d'un système de démarrage et d'un convertisseur de tension continu/continu équi- pant de toute façon un système de récupération, on diminue de manière significative l'effondrement de la tension de démarrage. Comme autre avantage, la tension de consigne du convertisseur de tension continu/continu, sera relevée, dès l'émission d'un ordre de démarrage qui lance le démarrage du moteur à combustion interne, ce qui augmente sa puissance prise tout d'abord par la capacité à double couche décrite ci-dessus de la batterie du véhicule (fonctionnement amorti). Le relèvement de la tension de sortie de consigne du convertisseur (et ainsi de la puissance du convertisseur) juste avant le dé- marrage, produit un courant dans la capacité à double couche de la batterie du véhicule de sorte qu'au moment du démarrage, on dispose d'une puissance plus élevée sans avoir à relever de manière significative la tension du réseau embarqué (tension réelle de sortie). A la commutation du courant principal du moteur de démarreur, le convertisseur est déjà à un point de charge plus élevée et fournit une intensité significativement plus grande ce qui diminue d'autant l'effondrement de la tension. Cette situation est avantageuse car elle évite ainsi qu'au passage du courant principal, le convertisseur de tension conti- nu/continu soit tout d'abord commandé en régulation sur la pleine charge, ce qui se traduirait par un temps mort non négligeable. Or, selon l'invention, on commande par avance le convertisseur pour minimiser de cette manière l'effondrement de la tension. L'invention a également pour objet une unité de calcul s qui peut faire partie de l'appareil de commande ou de gestion des moyens de commande du véhicule automobile pour un convertisseur de tension continu/ continu conçu notamment par un programme pour appliquer le procédé de l'invention. L'implémentation du procédé peut également être envisa- 10 gée de manière avantageuse sous la forme d'un programme, car cela se traduit par des coûts particulièrement réduits, notamment si l'appareil de commande est utilisé pour d'autres fonctions, comme par exemple la commande de récupération d'énergie (freinage dynamique) et si elle est de toute façon disponible. Un support de données approprié pour le 15 programme d'ordinateur est notamment une disquette, un disque dur, une mémoire flash, une mémoire EEPROM, un CD-ROM, un DVD ou autres. On peut également télécharger le programme par un réseau d'ordinateurs (internet, intranet ou autres). Dessins 20 La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un procédé de gestion d'un réseau embarqué à deux accumulateurs d'un véhicule automobile représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre le schéma d'un réseau embarqué à deux accumu- 25 lateurs géré selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, - la figure 2 montre les courbes de courant et de tension de démarrage selon l'état de la technique et selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, - la figure 3 montre très schématiquement un ordinogramme d'appli- 30 cation d'un procédé selon l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre le schéma d'un réseau électrique em- barqué à deux accumulateurs d'un véhicule automobile géré selon un mode de réalisation particulièrement préférentiel de l'invention. Le réseau embarqué à deux accumulateurs porte globalement la référence 10. Il comprend deux parties de réseau 11, 12 reliées l'une à l'autre par un convertisseur de tension continu/continu 13. La première partie 11 de réseau comporte un générateur 14 pour char- ger directement un premier accumulateur d'énergie 15, par exemple un accumulateur lithium-ions et/ou un condensateur à double couche avec une tension de générateur U 1. Le premier réseau partiel 11 est raccordé à l'entrée du convertisseur de tension continu/continu 13. Le premier accumulateur d'énergie 15 peut s'utiliser par exemple pour stocker l'énergie de freinage récupérée par le générateur 14. En mode de fonctionnement normal, le générateur est ainsi entraîné par le moteur à combustion interne. La tension U1 de la première partie de réseau peut être de quelques dizaines de volts jusqu'à quelques centaines de volts et cette tension dépend des applications pratiques. La seconde partie 12 du réseau embarqué à deux accu- mulateurs 10, comporte un moteur de démarreur 16 pour démarrer le moteur thermique (moteur à combustion interne, non représenté) d'un véhicule automobile ainsi qu'un second accumulateur d'énergie 17, par exemple un accumulateur usuel plomb-acide comme batterie du véhi- cule. Au moins un utilisateur 18 est relié à la seconde partie de réseau 12. Cet utilisateur est un utilisateur usuel de véhicules automobiles, par exemple une radio, un éclairage, un système d'informations et d'entretien domestique ou autres. La seconde partie de réseau 12 peut également être alimentée en tension par le générateur 14 et au moins un convertisseur de tension continu/continu 13 interposé. La seconde par- tie de réseau fonctionne avec une tension de réseau U2 par exemple de 14 V. Le convertisseur de tension continu/continu 13 fait partie d'un appareil de commande ou de gestion 19 du véhicule automobile pour appliquer un mode de réalisation du procédé dans le cadre de l'in- vention. Si le générateur 14 ne fournit pas de tension, le réseau embarqué, c'est-à-dire la seconde partie de réseau 12 de la figure 1 est alimentée par les accumulateurs d'énergie 15 et 17 qui se déchargent ainsi. En l'utilisant le premier accumulateur d'énergie électrique 15 qui est par exemple une batterie lithium-ions ou un condensateur double couche, on pourra, pendant les phases d'arrêt ou pendant ou juste avant le démarrage du moteur, c'est-à-dire dans les phases dans lesquelles le générateur 14 ne fonctionne pas, relever la tension de sortie du convertisseur de tension continu/continu 13 à un certain niveau ou maintenir ce niveau au dessus de la tension habituelle du réseau embarqué qui est de manière caractéristique de 14 V. Il peut s'agir par exemple d'une tension telle que Ua =14,5 V ou Ua =15 V. La tension du second accumulateur d'énergie 17 pourra ainsi être rele- vée ou maintenue à un niveau plus élevé. Cela se traduit comme indiqué plusieurs fois en ce que la capacité à double couche de la batterie du véhicule est chargée au maximum au démarrage et que le démarrage se fait à un niveau de ten- sion plus élevé. Ainsi, la valeur minimale de la tension sera également relevée lors de l'effondrement de tension qui se produit nécessairement et qui, dans le cas idéal, ne nécessite pas de moyens d'accompagnement supplémentaires. De plus, une partie du courant de démarrage I nécessaire sera fournie par le convertisseur de tension continu/continu 13 ce qui réduit d'autant l'effondrement de la tension. Si le convertisseur de tension continu/continu a par exemple une puissance électrique de sortie Pa = 2 kW pour Ua = 14 V, le convertisseur de tension continu/continu 13 pourra fournir une intensité complémentaire la = 143 A pour soute- nir le réseau embarqué et ce courant sera ainsi utilisé pour le démar- rage du moteur. Pendant le démarrage du moteur, cela réduit d'autant l'effondrement de la tension. Comme déjà indiqué, il est avantageux de relever la tension de consigne du convertisseur de tension continu/continu par un ordre comme cela a déjà été évoqué. La figure 2 montre sous la forme de diagrammes A et B les courbes d'intensité (I) et de tension (U) pendant le démarrage d'un moteur selon l'état de la technique et selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention dans A et V en fonction du temps (t) représenté en secondes. Une courbe d'intensité ou de tension classique porte les référence 20 et 21 et la courbe d'intensité et la courbe de tension selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, portent les références 30, 31. Le début du démarrage du moteur correspond à l'instant t égal 0 s. Le diagramme A montre que les moyens de l'invention appli- qués dans l'intervalle compris entre 0 et 0,2 s, réduisent considérablement le courant de branchement. Sur les courbes de tension 21 et 31 du diagramme B, on constate que la phase d'assistance selon le mode de réalisation préfé- rentiel de l'invention se traduit par une courbe de tension 31, permet- tant de réduire l'effondrement de la tension. La tension de la batterie du véhicule a été relevée dans le cas présent de 12,5 V à 15 V ; la tension nominale du réseau embarqué (tension de charge) est de 14 V. La figure 3 montre très schématiquement un procédé se- Ion un mode de réalisation particulièrement préférentiel de l'invention portant globalement la référence 100. Le procédé commence par l'étape 110 correspondant à l'état de base dans lequel le véhicule est à l'arrêt ou de manière plus générale le générateur, par exemple le générateur 14 de la figure 1 qui est hors service. Dans l'étape 120, on reçoit un signal de démarrage 121 émis par l'appareil de commande du moteur ou par un moyen de commande 19 comme décrit à l'aide de la figure 1. Un signal 122 généré demande par exemple à un convertisseur de tension continu/continu 13 de la figure 1 de relever la tension de sortie et de charger ainsi un second accumulateur d'énergie 17 à une tension relevée par rapport à la tension normale du réseau embarqué. On lance en outre le démarrage du véhicule. Dans l'étape 130, le véhicule est en mode de régulation et les étapes du procédé de l'invention sont terminées.35 NOMENCLATURE 10 réseau embarqué à deux accumulateurs 11, 12 parties du réseau 13 convertisseur de tension continu/continu 14 générateur 15 premier accumulateur d'énergie 16 moteur de démarreur 17 second accumulateur d'énergie 18 utilisateur/consommateur d'énergie 19 moyen de commande 20 courbe d'intensité selon l'état de la technique 21 courbe de tension selon l'état de la technique 30 courbe d'intensité selon l'invention 31 courbe de tension selon l'invention 100 ordinogramme d'application du procédé selon l'invention 110-130 étapes de l'ordinogramme 10020 REVENDICATIONS1°) Procédé de gestion d'un réseau embarqué à deux accumulateurs (10) d'un véhicule automobile comportant deux parties de réseau (11, 12) reliées par un convertisseur de tension continu/continu (13) et un gé- nérateur (14), - la première (11) des deux parties de réseau (11, 12) comportant un premier accumulateur d'énergie (15) et la seconde (12) des deux par- ties de réseau (11, 12) comportant un second accumulateur d'énergie (17), - un moteur de démarreur (16) pour démarrer la moteur à combustion interne du véhicule et au moins un utilisateur (18), - pendant la période lorsque le générateur (14) ne fonctionne pas et/ou directement avant le démarrage du moteur à combustion interne du véhicule, au moins de temps en temps la tension de la se- coude partie (12) du réseau est relevée par le premier accumulateur d'énergie (15) par un relèvement de la tension de sortie du convertisseur de tension continu/continu (13) jusqu'à une tension de démar- rage dépassant la tension nominale (U2) du second accumulateur d'énergie (17). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme tension de sortie, on relève la tension de sortie de consigne et/ou la tension de sortie réelle du convertisseur de tension conti- nu/continu (13). 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension de sortie du convertisseur de tension continu/continu est relevée lors de l'émission d'un ordre de démarrage du moteur de démar- reur (16). 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est appliqué à un véhicule automobile fonctionnant en mode marche/arrêt. 5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la gestion du mode marche/arrêt est appliquée pendant les phases d'arrêt. 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur (14) fait partie de la première partie (11) du réseau et il fournit une première tension (U1) comme tension de générateur appliquée à la première partie de réseau. 7°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension de démarrage dépasse d'au moins 0,5 V la tension nominale du second accumulateur d'énergie (17) et/ou la tension nominale de la seconde partie (12) du réseau embarqué. 8°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension de démarrage est au moins égale à 14,5 V. 9°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier accumulateur d'énergie (15) est un accumulateur lithium-ions et/ ou un condensateur à double couche. 10°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second accumulateur d'énergie (17) utilise au moins une batterie du véhicule sous la forme d'un accumulateur plomb-acide.11°) Unité de calcul notamment appareil de commande ou de gestion commandant un convertisseur de tension continu/continu (13) d'un réseau embarqué à deux accumulateurs (10) d'un véhicule automobile comportant deux parties de réseau (11, 12) reliées par ce convertisseur de tension continu/continu (13) en mettant en oeuvre selon l'une quel- conque des revendications 1 à 10.10