Brevet FR3009704A1 — publié le 20150220

Procédé de détermination de l'autonomie d'un véhicule, et système correspondant L'invention concerne la détermination de l'autonomie d'un véhicule muni d'un groupe motopropulseur électrique, notamment l'autonomie des véhicules à traction électrique ou des véhicules hybrides. L'autonomie des véhicules à traction électrique ou hybride doit en général être communiquée à un conducteur pour l'informer de la distance que son véhicule peut réellement parcourir. La limitation de cette autonomie est essentiellement due à la batterie de traction qui stocke de l'énergie, de la même manière que le carburant correspond à l'énergie stockée au sein des véhicules thermiques. Il est particulièrement difficile d'estimer précisément l'autonomie d'un véhicule muni d'un groupe motopropulseur électrique, en particulier à cause des contraintes de précision qui ne sont pas présentes au sein des véhicules thermiques. L'autonomie d'un tel véhicule est liée à un certain nombre de facteurs. Elle dépend notamment de la capacité de la batterie du véhicule, qui dépend elle- même de plusieurs autres facteurs comme la température, le vieillissement, ou encore la précision des capteurs. Cette autonomie dépend également d'autres éléments du véhicule, notamment les éléments du groupe motopropulseur électrique et leur température, de la précision des capteurs utilisés et du type de roulage. Aussi, l'autonomie d'un tel véhicule dépend de l'utilisation d'appareils électriques embarqués tels que le chauffage ou le refroidissement de l'habitacle du véhicule. On pourra se référer au document DE 10302504 qui décrit un procédé de détermination de l'autonomie d'un véhicule électrique prenant en considération les conditions de roulage de l'utilisateur. Cette solution n'est pas assez précise. En général, l'autonomie des véhicules électriques est calculée en calculant le rapport entre l'énergie disponible dans la batterie et la consommation. Cette consommation est déterminée par une acquisition de données pendant une durée déterminée préalablement. Néanmoins, un tel calcul fournit une autonomie calculée qui peut différer de l'autonomie réelle du véhicule de 50 kilomètres. Cet écart est dû aux dispersions dans la détermination de la consommation du véhicule ainsi que dans la détermination de l'énergie disponible dans la batterie, cette dernière pouvant varier avec la température. Le but de l'invention est donc d'obtenir une estimation plus précise de l'autonomie d'un véhicule. Selon un aspect, il est proposé un procédé de détermination de l'autonomie d'un véhicule muni d'un groupe motopropulseur électrique permettant la récupération d'énergie. Selon, une caractéristique générale, le procédé comprend : - une détermination de l'énergie disponible dans une batterie, - une détermination du rendement du groupe motopropulseur électrique, - une détermination de la consommation d'au moins un élément du groupe motopropulseur électrique, - une détermination d'un paramètre d'utilisation du groupe motopropulseur électrique en mode moteur par rapport à un mode de récupération d'énergie, - une détermination de l'autonomie du véhicule en fonction de l'énergie disponible dans la batterie, du rendement du groupe motopropulseur électrique, de la consommation du groupe motopropulseur électrique et dudit paramètre. Alors que dans l'art antérieur on ne prend pas en considération le rendement du groupe motopropulseur électrique on prend ici en considération ce rendement pour obtenir une détermination plus précise de l'autonomie du véhicule. La détermination du rendement du groupe motopropulseur électrique peut comprendre une acquisition de données pendant une première période. On pourra par exemple mettre en oeuvre une acquisition pendant une durée de l'ordre d'une semaine pour déterminer de manière précise ce rendement ainsi que l'usage classique de l'utilisateur du véhicule. La détermination du rendement du groupe motopropulseur et la détermination de la consommation du groupe motopropulseur électrique comprennent des déterminations des énergies nécessaires au fonctionnement des éléments du groupe motopropulseur, et de la consommation desdits éléments. Ce sont ces énergies qui seront déterminées par une acquisition pendant une durée longue, par exemple une semaine. On obtient ainsi une valeur précise de rendement du groupe motopropulseur électrique. Le procédé peut comprendre en outre une détermination des énergies nécessaires au fonctionnement d'appareils électriques disposés dans le véhicule en dehors du groupe motopropulseur pour déterminer ledit rendement du groupe motopropulseur électrique et une détermination des consommations desdits appareils électriques disposés dans le véhicule en dehors du groupe motopropulseur pour déterminer ladite autonomie. Le véhicule électrique comprend un certain nombre d'appareils électriques, par exemple des appareils de chauffage ou de refroidissement du véhicule, et en déterminant les énergies nécessaires à leur fonctionnement et leur consommation, on obtient une détermination encore plus précise de l'autonomie du véhicule. La détermination des énergies et des consommations desdits appareils électriques disposés dans le véhicule en dehors du groupe motopropulseur peut comprendre une acquisition de données pendant une deuxième période, la durée de la première période étant plus longue que la durée de la deuxième période. Les énergies et les consommations de ces appareils électriques peuvent dépendre des conditions ambiantes, notamment de la météo, il est nécessaire de ne prendre en compte leur fonctionnement que sur une durée courte et voisine de la mise en oeuvre du procédé, par exemple 12 heures de roulage. La détermination de l'autonomie du véhicule peut être mise en oeuvre par résolution d'une équation ou par lecture dans des cartographies. Il est notamment avantageux d'utiliser des cartographies lorsque des motopropulseurs électriques complexes sont utilisés, par exemple au sein d'un véhicule à traction hybride. On peut prendre en considération les pertes liées transmission mécanique du véhicule. Les pertes liées à la transmission mécanique du véhicule sont notamment influencées par la température ambiante. À titre d'exemple on constate qu'entre une température de l'ordre de 20°C et une température de l'ordre de -20°C on peut observer une chute de l'autonomie de l'ordre de 15 km. Cette prise en considération des pertes liées à la transmission mécanique peut être mise en oeuvre lors de la détermination des énergies nécessaires pour la traction, par exemple en mode moteur et en mode générateur (récupération d'énergie). On adapte ainsi la valeur du rendement du groupe motopropulseur électrique, qui peut par exemple varier de quelques pour cent, par exemple 6 %. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un système de détermination de l'autonomie d'un véhicule muni d'un groupe motopropulseur électrique permettant la récupération d'énergie. Le système comprend : - des moyens configurés pour déterminer l'énergie disponible dans une batterie, - des moyens configurés pour déterminer le rendement du groupe motopropulseur électrique, - des moyens configurés pour déterminer la consommation d'au moins un élément du groupe motopropulseur électrique, - des moyens configurés pour déterminer un paramètre d'utilisation du groupe motopropulseur électrique en mode moteur par rapport à un mode de récupération d'énergie, - des moyens configurés pour déterminer l'autonomie du véhicule en fonction de l'énergie disponible dans la batterie, du rendement du groupe motopropulseur électrique, de la consommation du groupe motopropulseur électrique et dudit paramètre. Les moyens configurés pour déterminer le rendement du groupe motopropulseur électrique peuvent comprendre des moyens d'acquisition de données pendant une première période. Le système peut comprendre en outre des moyens configurés pour déterminer des énergies nécessaires au fonctionnement des éléments du groupe motopropulseur, et à la consommation desdits éléments, en communication avec les moyens configurés pour déterminer le rendement du groupe motopropulseur et les moyens configurés pour déterminer la consommation du groupe motopropulseur électrique. Le système peut comprendre en outre des moyens configurés pour déterminer les énergies nécessaires au fonctionnement d'appareils électriques disposés dans le véhicule en dehors du groupe motopropulseur en communication avec les moyens configurés pour déterminer le rendement du groupe motopropulseur électrique, et des moyens configurés pour déterminer des consommations desdits appareils électriques disposées dans le véhicule en dehors du groupe motopropulseur. Les moyens configurés pour déterminer les énergies et des consommations des appareils électriques disposés dans le véhicule en dehors du groupe motopropulseur peuvent comprendre des moyens d'acquisition de données pendant une deuxième période, la durée de la première période étant plus longue que la durée de la deuxième période. Les moyens configurés pour déterminer l'autonomie du véhicule peuvent comprendre des moyens de résolution d'une équation ou de lecture dans des cartographies. Les moyens configurés pour déterminer l'autonomie du véhicule peuvent être configurés pour prendre en considération les pertes liées à la transmission mécanique du véhicule. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée uniquement en tant qu'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre de manière schématique différents éléments d'un véhicule muni d'un groupe motopropulseur électrique, - la figure 2 illustre de manière schématique différente étapes d'un procédé selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 3 illustre de manière schématique différents éléments d'un système selon un mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté différents éléments d'un véhicule muni d'un groupe motopropulseur électrique GMPE, par exemple un véhicule à traction électrique ou hybride. Le groupe motopropulseur électrique GMPE comporte une machine électrique MAC destinée par exemple à faire tourner les roues ou à récupérer de l'énergie électrique (par exemple par freinage régénératif), et une batterie BAT capable de fournir de l'énergie à la machine électrique MAC et de recevoir de l'énergie de la machine électrique MAC. Par la flèche Fl, on a représenté l'énergie apportée par la route par exemple lors d'une phase de récupération d'énergie c'est-à-dire de freinage régénératif. Par la flèche F2, on a représenté l'énergie apportée par une charge de la batterie par exemple lorsque cette batterie est branchée à un réseau d'alimentation électrique. Le véhicule peut également comprendre plusieurs appareils électriques disposés en dehors du groupe motopropulseur électrique GMPE, notamment un système de conversion électrique ou convertisseur électrique DC, un appareil de chauffage CTP et un appareil de refroidissement AC. C'est le convertisseur électrique DC qui alimente en électricité les autres appareils électriques, notamment l'appareil de chauffage CTP et l'appareil de refroidissement AC. Par la flèche F3, on a représenté l'apport d'énergie électrique provenant du groupe motopropulseur électrique GMPE vers ces appareils. Sur la figure 2 on a représenté différentes étapes d'un procédé PR selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. Ce procédé PR peut être mis en oeuvre au sein d'un véhicule comprenant les éléments décrits se référant à la figure 1. Dans une première étape E01 on détermine l'énergie disponible dans la batterie, par exemple la batterie du véhicule BAT. Cette détermination peut notamment comprendre une détermination de l'énergie disponible dans la batterie lorsque le groupe motopropulseur électrique fonctionne en mode moteur et de l'énergie disponible dans la batterie lorsque le groupe motopropulseur électrique fonctionne en mode de récupération d'énergie. Le procédé PR comprend également une étape E02 de détermination du rendement du groupe motopropulseur électrique. Le rendement est noté : GMPE Etrac,mot ^ EBat,gen EDCDC,gen ECTP,gen EAC,gen Etrac,gen ^ EBat,mot EDCDC,mot ECTP,mot EAC,mot Avec : emPE le rendement du groupe motopropulseur électrique, Etrac,mot l'énergie relative à une machine électrique en mode moteur, Efrac'gen l'énergie relative à une machine électrique en mode de récupération d'énergie, EBat,gen l'énergie disponible dans la batterie en mode de récupération d'énergie, EBat,mot l'énergie disponible dans la batterie en mode moteur, EDCDC,gen l'énergie relative à un système de conversion d'énergie, par exemple DC, en mode de récupération d'énergie, EDCDC,mot l'énergie relative à un système de conversion d'énergie, par exemple DC, en mode moteur, ECTP,gen l'énergie relative à un appareil de chauffage, par exemple CTP, en mode de récupération d'énergie, ECTP,mot l'énergie relative à un appareil de chauffage, par exemple CTP, en mode moteur, EAc'gen l'énergie relative à un appareil de refroidissement, par exemple AC, en mode de récupération d'énergie, et EAc,mot l'énergie relative à un appareil de refroidissement, par exemple AC, en mode moteur. L'étape E02 peut être mise en oeuvre en mettant en oeuvre une acquisition de données pendant une période de l'ordre d'une semaine. Pour les données relatives à des appareils disposés en dehors du groupe motopropulseur électrique, on peut mettre en oeuvre une acquisition de données pendant une durée plus courte, par exemple une demi-journée. La consommation électrique du groupe motopropulseur électrique s'écrit : E Bat Ce = E Bat = E Bat ,mot E Bat ,gen Avec : ce la consommation électrique du groupe motopropulseur, EBat l'énergie disponible dans la batterie, et A l'autonomie du véhicule. On a également : EDCDC _ EDcpc,mot _ EDCDC,gen ECTP = ECTP,mot ECTP,gen EAC EAC,mot EAC,gen Où EDCDC ECTP et EAC sont respectivement les énergies relatives à un système de conversion électrique, à un appareil de chauffage, et à un appareil de refroidissement. Par ailleurs, en notant X un élément parmi la machine électrique, la batterie, le système de conversion électrique, l'appareil de chauffage et l'appareil de refroidissement, on a : EX cX = A Avec cx la consommation de l'élément X par kilomètre et EX l'énergie relative à l'élément X. En outre, la consommation de l'élément X lorsque le groupe motopropulseur fonctionne en mode moteur est notée : A mot E x,mot C x A Et la consommation de l'élément X lorsque le groupe motopropulseur fonctionne en mode de récupération d'énergie est notée : gen C x E x, gen A Au vu de ce qui précède, on a : EBat,gen mot gen C 'c - - gen gen I A DCDC C CTP CAC GMPE EBat,mot gen mot mot mot Ctrac A C DCDC - C - CTP CAC La détermination de ces consommations est mise en oeuvre lors de l'étape E03. En en notant GMPE ,mot le rendement du groupe moto propulseur électrique en mode moteur et rruPE'gen le rendement du groupe moto propulseur en mode de récupération d'énergie, on a : GMPE f 1 (CiZtt C Ig3eat Cil: C tranc C In)Ct DC C CCT; C 'eTnP 1Cir 'Cr 'rGMPE,mot - f2(c Bmaott ,cLent ,c irmaoct ,c irg aenc,c Dm cotpc ,cgi)ecnDc ,cnci,g gen ,c Am Cot ,c ,g4ecn) TIGMPE ,gen - f 3 (cri: , c Lent ,ciz , c irg aenc , mot , c gen , cnci,itu , c&enp , ci); , c ,g4ecn TIGMPE B a tInGMPE,mot ± (1 _ x),GMPE ,gen ce = Cmot -cg' Bat EBat Ce A Avec f1, f2 et f3 trois fonctions obtenues à partir des équations indiquées ci-dessus. X est un paramètre d'utilisation du groupe motopropulseur électrique en mode moteur par rapport à un mode de récupération d'énergie. X est obtenu lors de la mise en oeuvre de l'étape E04. Plus précisément, le paramètre X peut être obtenu en utilisant l'historique de roulage, par exemple en utilisant un estimateur du couple, et en distinguant les cas où l'on est en mode moteur et les cas où l'on est en mode générateur. On peut également utiliser un compteur pour déterminer la durée pendant laquelle on est en mode moteur et un compteur pour déterminer la durée pendant laquelle on est en mode générateur, ces deux compteurs étant destinés à fonctionner pendant une durée d'étude fixe. X est alors le rapport entre le résultat fourni par le premier compteur et le résultat fourni par le deuxième compteur, ces résultats étant obtenus à l'expiration de la durée d'étude. On obtient un système de six équations avec six inconnues et six paramètres. Les six inconnues sont : CBat r, gen GMPE ,mot GMPE,gen Bat 1" Bat 1'1 ,C e et A . Les six paramètres sont : cm' cg' cm' cg' cm' cg' cm' cg' X et GMPE trac trac, DCDC DCDC CTP CTP AC AC - On peut donc obtenir l'autonomie du véhicule A en résolvant ce système, par exemple de manière algébrique ou en variante en utilisant des cartographies. On peut noter que le nombre de paramètres utilisés ici permet d'avoir une meilleure détermination de l'autonomie A du véhicule. On peut noter que les étapes E01 à E04 peuvent être mises en oeuvre simultanément. Selon un mode de mise en oeuvre, il est possible de prendre en considération les pertes liées à la transmission mécanique du véhicule, notamment les sur les énergies relatives à la machine électrique MAC : Efrac'll't et E'gen. On a: Etrac ,mot f (c+ cons Pertes 'd -Pertes').N.dt C>0,te[ta,ta-t2] Avec ta le temps actuel, t2 la durée d'une acquisition courte, par exemple pour les appareils disposés à l'extérieur du groupe motopropulseur électrique, N le régime moteur, C's la consigne de couple. Aussi, Pertesred et Pertes' sont des cartographies qui représentent les pertes mécaniques (en Newton) du réducteur mécanique et de la transmission. Il est également possible d'utiliser des fonctions physiques pour obtenir ces valeurs. Pour prendre en considération l'impact thermique du réducteur et de la transmission sur l'autonomie, on peut donc inclure les pertes du réducteur et de la transmission dans le calcul des énergies mécaniques de traction. Ces pertes dépendent respectivement de N, de C"", et des températures TRED (la température du réducteur) et T TR'4NS (la température de la transmission). On a donc : Etrac,mot c°" - Pertesred (C cons N ,TRED) Pertes Crans (C cons N ,T TRANS )).N.dt C>0,te[ta,ta-t2] Pour déterminer la température TRED, on peut utiliser un capteur de température pour mesurer la température de l'huile du réducteur et considérer qu'elle est sensiblement égale à TRED. On peut aussi utiliser un estimateur de la température de l'huile T huile dThude p VC = P RED - hS RED (Text - ) P dt t Avec p la masse volumique, V le volume, Ci, la chaleur massique, PrD les pertes énergétiques au niveau du réducteur (PRED = Pertes 'd (C cons,N,TRED)x N), h un coefficient, SRED l'entropie. Et, pour T TR'4NS on peut utiliser l'estimateur suivant : TRANSdT pVC = ptTR4NS hsTR4NS (T ext TTR4NS ) ' dt Avec PrD les pertes énergétiques au niveau de la transmission p TMNS PertesTR 4NS (c+ cons N,TTR4NS )x N ), h un coefficient, STR4NS l'entropie. Sur la figure 3, on a représenté un système SYS de détermination de l'autonomie d'un véhicule muni d'un groupe motopropulseur électrique, par exemple le groupe motopropulseur GMPE, permettant la récupération d'énergie. Le système SYS comprend : - des moyens 1 configurés pour déterminer l'énergie disponible dans une batterie, - des moyens 2 configurés pour déterminer le rendement du groupe motopropulseur électrique, - des moyens 3 configurés pour déterminer la consommation d'au moins un élément du groupe motopropulseur électrique, - des moyens 4 configurés pour déterminer un paramètre d'utilisation du groupe motopropulseur électrique en mode moteur par rapport à un mode de récupération d'énergie - des moyens 5 configurés pour déterminer l'autonomie du véhicule en fonction de l'énergie disponible dans la batterie, du rendement du groupe motopropulseur électrique, de la consommation du groupe motopropulseur électrique et dudit paramètre. Le système SYS peut en outre mettre en oeuvre le procédé PR. Grâce à l'invention, on obtient une amélioration de la détermination de l'autonomie d'un véhicule. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de l'autonomie d'un véhicule muni d'un groupe motopropulseur électrique permettant la récupération d'énergie, caractérisé en ce qu'il comprend : - une détermination (E01) de l'énergie disponible dans une batterie, - une détermination (E02) du rendement du groupe motopropulseur électrique, - une détermination (E03) de la consommation d'au moins un élément du groupe motopropulseur électrique, - une détermination (E04) d'un paramètre d'utilisation du groupe motopropulseur électrique en mode moteur par rapport à un mode de récupération d'énergie, - une détermination (E05) de l'autonomie du véhicule en fonction de l'énergie disponible dans la batterie, du rendement du groupe motopropulseur électrique, de la consommation du groupe motopropulseur électrique et dudit paramètre. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la détermination du rendement du groupe motopropulseur électrique comprend une acquisition de données pendant une première période. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la détermination du rendement du groupe motopropulseur et la détermination de la consommation du groupe motopropulseur électrique comprennent des déterminations des énergies nécessaires au fonctionnement des éléments du groupe motopropulseur, et de la consommation desdits éléments. 4. Procédé selon la revendication 3, comprenant en outre une détermination des énergies nécessaires au fonctionnement d'appareils électriques disposés dans le véhicule en dehors du groupe motopropulseur pour déterminer ledit rendement du groupe motopropulseur électrique et une détermination des consommations desdits appareils électriques disposés dans le véhicule en dehors du groupe motopropulseur pour déterminer ladite autonomie. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la détermination des énergies et des consommations desdits appareils électriques disposés dans le véhicule en dehors du groupe motopropulseur comprend une acquisition de données pendant une deuxième période, la durée de la première période étant plus longue que la durée de la deuxième période. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la détermination de l'autonomie du véhicule est mise en oeuvre par résolution d'une équation ou par lecture dans des cartographies. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on prend en considération les pertes liées à la transmission mécanique du véhicule. 8. Système de détermination de l'autonomie d'un véhicule muni d'un groupe motopropulseur électrique permettant la récupération d'énergie, caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens (1) configurés pour déterminer l'énergie disponible dans une batterie, - des moyens (2) configurés pour déterminer le rendement du groupe motopropulseur électrique, - des moyens (3) configurés pour déterminer la consommation d'au moins un élément du groupe motopropulseur électrique, - des moyens (4) configurés pour déterminer un paramètre d'utilisation du groupe motopropulseur électrique en mode moteur par rapport à un mode de récupération d'énergie - des moyens (5) configurés pour déterminer l'autonomie du véhicule en fonction de l'énergie disponible dans la batterie, du rendement du groupe motopropulseur électrique, de la consommation du groupe motopropulseur électrique et dudit paramètre. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel les moyens configurés pour déterminer le rendement du groupe motopropulseur électrique comprennent des moyens d'acquisition de données pendant une première période. 10. Système selon la revendication 8 ou 9, comprenant en outre des moyens configurés pour déterminer des énergies nécessaires au fonctionnement des éléments du groupe motopropulseur, et de la consommations desdits éléments, en communication avec les moyens configurés pour déterminer le rendement du groupe motopropulseur et les moyens configurés pour déterminer la consommation du groupe motopropulseur électrique. 11. Système selon la revendication 10, comprenant en outre des moyens configurés pour déterminer les énergies nécessaires au fonctionnement d'appareils électriques disposés dans le véhicule en dehors du groupe motopropulseur en communication avec les moyens configurés pour déterminer le rendement du groupe motopropulseur électrique, et des moyens configurés pour déterminer des consommations desdits appareils électriques disposés dans le véhicule en dehors du groupe motopropulseur. 12. Système selon la revendication 11, dans lequel les moyens configurés pour déterminer les énergies et des consommations des appareils électriques disposés dans le véhicule en dehors du groupe motopropulseur comprennent des moyens d'acquisition de données pendant une deuxième période, la durée de la première période étant plus longue que la durée de la deuxième période. 13. Système selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, dans lequel les moyens configurés pour déterminer l'autonomie du véhicule comprennent des moyens de résolution d'une équation ou de lecture dans des cartographies. 14. Système selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, dans lequel les moyens configurés pour déterminer l'autonomie du véhicule sont configurés pour prendre en considération les pertes liées à la transmission mécanique du véhicule.30