Brevet FR3005208A1 — publié le 20141031

PROCEDE DE GESTION DE LA TEMPERATURE D'UNE BATTERIE DE VEHICULE ELECTRIQUE OU HYBRIDE. La présente invention concerne le domaine de la 5 régulation thermique d'une batterie de véhicule automobile, en particulier une véhicule électrique ou un véhicule hybride rechargeable (PHEV en anglais pour Plug-in Hybrid Electric Vehicle), dont les batteries peuvent être chargées par branchement à une source d'énergie extérieure sur différents 10 types de points de charge, le plus souvent reliés à un réseau électrique conventionnel. Pour ce type de véhicule, les performances d'une batterie sont très sensibles à la température d'utilisation de celle- 15 ci. La température d'utilisation d'une batterie dépend de la température extérieure mais également d'autres paramètres tels que par exemple la conduite du conducteur. A basse température, une batterie est peu puissante. 20 C'est-à-dire qu'en phase de charge, son temps de charge est plus long, et qu'elle charge moins d'énergie ; et qu'en phase de décharge, son autonomie est plus faible et ses performances sont diminuées (dans ce cas, une batterie présente notamment de faibles capacités d'absorption de puissance lors du 25 freinage récupératif). A haute température, la batterie présente de meilleures performances qu'à basse température (meilleur temps de charge, plus d'énergie stockée, meilleure énergie restituée) mais au 30 détriment de sa durée de vie, qui se voit réduite. Il est donc important de maitriser les transferts de chaleur, autrement dit la thermique d'une batterie, afin de pouvoir utiliser celle-ci dans sa zone optimale de fonctionnement. Pour maitriser la thermique d'une batterie, les solutions 5 actuelles de l'état de l'art consistent à utiliser des seuils de température constants dans le temps pour le déclenchement et l'arrêt du refroidissement/réchauffage. Par exemple, le refroidissement peut être déclenché à partir d'une température de la batterie supérieure à 28°C et ce refroidissement arrêté 10 dès que la température de la batterie atteint 15°C. On connaît également le document US6624615 qui divulgue une méthode de gestion de la température d'une batterie d'un véhicule électrique, dans laquelle les seuils de température 15 qui permettent de déterminer s'il faut refroidir ou réchauffer la batterie varient avec l'état de charge de celle-ci. Un inconvénient de cette solution est que les seuils sont constants dans le temps, c'est-à-dire indépendants de la façon de conduire. Par conséquent, ils peuvent mener à une 20 surconsommation quand le conducteur adopte une façon de conduire peu sévère et mener à une surchauffe quand le conducteur adopte une façon de conduire sévère. Plus précisément, l'invention concerne selon un premier 25 de ses objets un procédé de gestion de la température d'une batterie de véhicule électrique ou hybride, Comprenant : - une étape d'enregistrement dans une mémoire d'une valeur (Ts) de température de déclenchement du refroidissement 30 ou du réchauffement de la batterie. Il est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend, pour deux valeurs successives d'état de charge de la batterie (SOC(i), SOC(i-x)) dans une séquence préétablie : - une étape de comparaison de la valeur d'un gradient réel ((dT/dSOC) réel) de la température de la batterie à un gradient de référence ((dT/dSOC) cible) de la température de la batterie ; et - une étape de modification, en fonction du résultat de l'étape de comparaison, o de la valeur de la température (Ts) de déclenchement du refroidissement ou du réchauffement de la batterie ; ou o de la valeur de la puissance délivrée par des moyens de refroidissement ou de réchauffement de la batterie; et en ce qu'il comprend une étape incluant de - appliquer la valeur de la température de déclenchement (Ts) ou de la puissance délivrée modifiée pour les deux valeurs successives d'état de charge de la batterie (SOC(i-x), SOC(i-2x)) suivantes dans la séquence préétablie. Dans un mode de réalisation, on prévoit en outre une étape d'initialisation dans laquelle la valeur du gradient de référence (dT/dSOC) cible initial est stockée préalablement dans une cartographie embarquée à bord du véhicule, ou déterminée de la manière suivante : ( dT -T ma,^ imale avant derating initiale _cible= Avec - Tmaximale avant derating la température maximale d'utilisation de la batterie correspondant à la limite de puissance de décharge ou de freinage récupératif acceptable au-delà 30 de laquelle la puissance disponible diminue; - nitiale la température de la batterie à la mise en oeuvre de l'étape d'initialisation ; dSOC; S0Çin_de_déclarw ( 1 ) - SOC 'niai , l' état de charge de la batterie à la mise en oeuvre de l'étape d'initialisation ; et - SOC fin de décharge l'état de charge de la batterie correspondant à la fin de décharge ou à l'état de charge minimal exploitable par la batterie. Dans un mode de réalisation, on prévoit une étape incluant de définir la valeur du gradient de référence (dT/dSOC) (i) cible pour une valeur d'état de charge (SOC(i)) 10 donnée par l'équation: (41Tmaximale ctvant derating Tsocw ) _cible = dSOC SOC(i)- SOCfin _de _déch arge Avec Tmaximale avant derating la température maximale d'utilisation de la batterie correspondant à la limite de puissance de 15 décharge ou de freinage récupératif acceptable au-delà de laquelle la puissance disponible diminue; Tsoc(i) la valeur de la température de la batterie mesurée à l'état de charge SOC(i) ; - SOC fin de décharge l'état de charge de la batterie 20 correspondant à la fin de décharge ou à l'état de charge minimal exploitable par la batterie. Dans un mode de réalisation, on prévoit que l'étape de comparaison comprend le calcul d'une différence E, en valeur 25 absolue, entre le gradient (dT/dSOC) réel et le gradient de référence (dT/dSOC) cible entre lesdites valeurs successives d'état de charge de la batterie (SOC(i), SOC(i-x)) de la séquence préétablie. 30 Dans un mode de réalisation, on prévoit une étape incluant de déterminer le type de conduite ou la façon de rouler du conducteur. Dans un mode de réalisation, on prévoit que - si E>0, le type de conduite est considéré comme sévère ; et - si E D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence à la figure unique qui illustre, en fonction de l'état de charge de la batterie, l'évolution de la température de la batterie ainsi que des exemples de gradient cible et de gradient réel. Par souci de concision, on appelle par « véhicule automobile », tout véhicule automobile électrique ou hybride. Chaque véhicule automobile comprend au moins une batterie, ci-après « une » ou « la » batterie. Chaque véhicule automobile comprend des moyens de 20 refroidissement ou de réchauffement de la batterie, ci-après « système thermique ». L'état de charge SOC de la batterie est typiquement exprimé en pourcentages de chargement, 100% correspondant à 25 une batterie chargée au maximum de sa capacité, et 0% à une batterie déchargée. Dans la gestion de la température d'une batterie d'un véhicule automobile présentée ici, on vise à réguler : 30 - La température Ts de déclenchement du refroidissement ou du réchauffement de la batterie par le système thermique ; ou - La puissance délivrée par le système thermique, par exemple au travers du débit ou de la température de soufflage. La température seuil de déclenchement Ts est enregistrée dans une mémoire. Lorsque la température réelle de la batterie franchit cette température seuil Ts, le refroidissement, ou 5 éventuellement le réchauffement, de la batterie est déclenché. Pour optimiser ces valeurs de température de déclenchement Ts ou de puissance délivrée et, par conséquent, optimiser le fonctionnement et la durée de vie de la batterie, 10 on prévoit les étapes décrites ci-après, en référence à un gradient de référence - ou gradient cible - (dT/dSOC) cible, dont la valeur est variable et enregistrée dans une mémoire, de préférence à bord du véhicule, où T est la température de la batterie, 15 dl, l'évolution de la température de la batterie, SOC, l'état de charge de la batterie, et dSOC, l'évolution de l'état de charge de la batterie. Initialisation 20 A l'initialisation du procédé, par exemple lors du démarrage du véhicule, la valeur du gradient de référence (dT/dSOC) cible peut être embarquée préalablement comme une cartographie à bord du véhicule. Sa valeur peut dépendre de 25 différents paramètres, par exemple de la température extérieure, du pays d'utilisation du véhicule, de la topographie, de la température et de l'état de charge de la batterie à l'initialisation, etc. 30 Le gradient de référence (dT/dSOC) cible initial peut également être déterminé à l'initialisation de la manière suivante : ( dT Tma,imale avant derating-Inutiale cible dSOC; SOÇiji1 S0Çin_de_cléclarw ( 1 ) Avec - T- ffaximale avale derating la température maximale d'utilisation de la batterie correspondant à la limite de décharge (et/ou freinage récupératif) acceptable au-delà de laquelle la puissance disponible diminue; la température de la batterie à la mise en oeuvre de l'étape d'initialisation ; - S- OC , l'état de charge de la batterie à la mise ennta/ oeuvre de l'étape d'initialisation ; - S- OC fin de dedimge , l'état de charge de la batterie correspondant à la fin de décharge (état de charge minimal exploitable par la batterie) Sur la figure unique, le gradient cible initial est la 15 ligne reliant le point de mesure de la température initiale Tinitiale et la température maximale Tmaximale avant derating. Fonctionnement 20 En fonctionnement, on prévoit de mesurer la température T de la batterie et de déterminer l'évolution dl de la température de la batterie en fonction de l'évolution dSOC de l'état de charge de celle-ci. On détermine alors le gradient réel (dT/dSOC) réel. 25 La température de la batterie est typiquement mesurée par un ensemble d'au moins un capteur intégré dans celle-ci. L'état de charge SOC de la batterie est connu en permanence, par des moyens connus de l'homme du métier. 30 On peut prévoir le cas où l'on refroidit la batterie dès qu'on détecte que le gradient réel est supérieur au gradient de référence. On peut prévoir également la cas où l'on passe par une étape intermédiaire de modification d'une valeur de température de déclenchement ou d'une valeur de puissance délivrée par des moyens de refroidissement/réchauffement, comme décrit ci-dessous. On prévoit de définir une séquence préétablie de valeurs d'état de charge SOC : SOC(i), SOC(i-x), SOC(i-2x), , SOC(i- Nx) ; x définissant une valeur de pas, de préférence constant, et N un entier naturel. Par exemple le pas x est compris entre 5% et 15%, et en l'espèce il est de 10%. La température de la batterie est 15 mesurée au minimum à chaque pas, c'est-à-dire à chaque valeur SOC(i) de la séquence préétablie, voire en permanence. A l'initialisation, voir l'équation (1) précédente : SOC(i) = SOCinitiai, inférieur ou égal à 100%, en l'espèce 20 50% sur la figure unique. Au maximum, la valeur de N est choisie telle que SOC(i-Nx)= SOCfin de décharger par exemple 0%. En fonctionnement, les valeurs T(i) de la température de 25 la batterie pour une valeur d'état de charge donnée SOC(i) sont enregistrées dans une mémoire, au moins pour chaque valeur de la séquence SOC(i), SOC(i-x), SOC(i-2x), , SOC(i- Nx). 30 Deux valeurs d'état de charge immédiatement successives d'un pas x : [SOC(i) ; SOC(i-x)], [SOC(i-x) ; SOC(i-2x)], etc. définissent un cycle C. Pour un cycle donné C(i ; i-x) entre SOC(i) et SOC(i-x), on peut alors : calculer la différence réelle de température dl réel = T(i-x)-T(i) ; et calculer la différence réelle d'état de charge dSOC réel= SOC(i-x)-SOC(i). Le gradient réel (dT/dSOC) réel = dl réel/dSOC réel peut alors être calculé par un calculateur. On peut alors, grâce au calculateur, comparer le gradient (dT/dSOC) réel au gradient de référence (dT/dSOC) cible pour déterminer le type de conduite, comme décrit ci-après. Pour une valeur SOC(i) donnée de l'état de charge, la valeur du gradient de référence (dT/dSOC) cible peut alors être indicée par l'indice (i) et s'écrire (dT/dSOC) (i) cible, dont la valeur est donnée, en référence à l'équation (1), par l'équation: dSOC ) SOC(i)- SOCfin _de _déch arg e (i) _Tmax imale _avant _ der ating - TSOC (i) -cible - (2) La valeur du gradient de référence (dT/dSOC) (i) cible peut être calculé à tout moment du cycle donné C(i ; i-x) entre SOC(i) et SOC(i-x), de préférence au début du cycle. La valeur du gradient de référence (dT/dSOC) (i) cible est variable et calculée à chaque cycle, ce qui permet de déterminer le type de conduite au plus près de la réalité. 30 Sur la figure unique, un gradient réel « Gradient réel [40%;50%] » est illustré en pointillés entre l'état de charge 50% pour lequel la température mesurée est la température 25 ( dT \ initiale Tinitiale, et l'état de charge 40% pour lequel la température mesurée est la température T 40%. De même, un gradient réel « radient réel [30%;40%] » est illustré en pointillés entre l'état de charge 30% pour lequel la température mesurée est la température initiale T 30%, et l'état de charge 40% pour lequel la température mesurée est la température T 40%. Un gradient cible « gradient cible [30%;40%] » est illustré par la ligne reliant le point de mesure de la température initiale T_40% et la température maximale Tmaximale avant derating. Détermination du type de conduite On prévoit une étape d'apprentissage consistant à déterminer le type de conduite ou la façon de rouler du conducteur, de préférence à chaque cycle, à l'exception 20 éventuelle du premier cycle après l'initialisation. L'étape de comparaison du gradient (dT/dSOC) réel au gradient de référence (dT/dSOC) cible du même cycle est mise en oeuvre, après l'initialisation, pour au moins un cycle et de 25 préférence à chaque cycle. En l'espèce l'étape de comparaison comprend le calcul de la différence E, en valeur absolue, entre le gradient (dT/dSOC) réel et le gradient de référence (dT/dSOC) cible du 30 même cycle. Pour plus de lisibilité, les indices (i) sont donc ignorés, et la différence E peut s'écrire : E = ABS[(dT/dSOC) réel] - ABS[(dT/dSOC) cible] Avec ABS la valeur absolue. En fonction du signe de E, on peut déterminer le type de conduite ou la façon de rouler du conducteur. En l'espèce, on prévoit que - si E>0, on considère que le type de conduite est sévère ; et - si E Enfin, on notera que les freinages récupératifs peuvent être négligés. REVENDICATIONS1. Procédé de gestion de la température d'une batterie de véhicule électrique ou hybride, Comprenant : - une étape d'enregistrement dans une mémoire d'une valeur (Ts) de température de déclenchement du refroidissement ou du réchauffement de la batterie ; caractérisé en ce qu'il comprend, pour deux valeurs successives d'état de charge de la batterie (SOC(i), SOC(i-x)) dans une séquence préétablie : - une étape de comparaison de la valeur d'un gradient réel ((dT/dSOC) réel) de la température de la batterie à un gradient de référence ((dT/dSOC) cible) de la température de la batterie ; et - une étape de modification, en fonction du résultat de l'étape de comparaison, o de la valeur de la température (Ts) de déclenchement du refroidissement ou du réchauffement de la batterie ; ou o de la valeur de la puissance délivrée par des moyens de refroidissement ou de réchauffement de la batterie; et en ce qu'il comprend une étape incluant de - appliquer la valeur de la température de déclenchement (Ts) ou de la puissance délivrée modifiée pour les deux valeurs successives d'état de charge de la batterie (SOC(i-x), SOC(i-2x)) suivantes dans la séquence préétablie. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape d'initialisation dans laquelle la valeur du gradient de référence (dT/dSOC) cible initial est stockée préalablement dans une de cartographie ou déterminée ( dT embarquée à bord du véhicule, la manière suivante : -T ma,finale avant derating initiale 61SOC) _cible= ( 1 ) SOÇiji1 S0Çin_cle_déclarw Avec Tmaximale avant derating la température maximale d'utilisation de la batterie correspondant à la limite de puissance de décharge ou de freinage récupératif acceptable au-delà de laquelle la puissance disponible diminue; - la température de la batterie à la mise en oeuvre de l'étape d'initialisation ; - SOC initiai , l'état de charge de la batterie à la mise en oeuvre de l'étape d'initialisation ; et - SOC fin de décharge l'état de charge de la batterie correspondant à la fin de décharge ou à l'état de charge minimal exploitable par la batterie. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape incluant de définir la valeur du gradient de référence (dT/dSOC) (i) cible pour une 20 valeur d'état de charge (SOC(i)) donnée par l'équation: ( dT _cible = Tmaximale avant derating - Tsocw SOC(i) - SOCfin _de _dech arge dSOC Avec - Tmmfinale avant derafing la température maximale d'utilisation de la batterie correspondant à la limite de puissance de 25 décharge ou de freinage récupératif acceptable au-delà de laquelle la puissance disponible diminue; - Tsoc(±) la valeur de la température de la batterie mesurée à l'état de charge SOC(i) ;- SOC fin de décharge f l'état de charge de la batterie correspondant à la fin de décharge ou à l'état de charge minimal exploitable par la batterie. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de comparaison comprend le calcul d'une différence E, en valeur absolue, entre le gradient (dT/dSOC) réel et le gradient de référence (dT/dSOC) cible entre lesdites valeurs successives d'état de 10 charge de la batterie (SOC(i), SOC(i-x)) de la séquence préétablie. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape incluant de déterminer le 15 type de conduite ou la façon de rouler du conducteur. 6. Procédé selon la revendication 4 et 5, dans lequel - si E>0, le type de conduite est considéré comme sévère ; et 20 - si E 7. Procédé selon la revendication 6, le procédé comprenant une étape incluant, lorsque le type de conduite est sévère, de : 25 diminuer la valeur de la température de déclenchement (Ts) enregistrée pour deux valeurs successives d'état de charge de la batterie (SOC(i), SOC(i-x)) dans une séquence préétablie, et appliquer la valeur de la température de déclenchement 30 (Ts) diminuée pour les deux valeurs successives d'état de charge de la batterie (SOC(i-x), SOC(i-2x)) suivantes dans la séquence préétablie. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel une valeur (T nouveau -nouveau seuil de déclenchement client ) de la température de déclenchement diminuée est calculée selon l'équation : dSOC Tnouveau seuil de déclenchement client T ancien seuil de declenchement KP £ dt Avec terme Kpun terme constant ; et 'l'ancien seuil de déclenchement client la valeur de la température de déclenchement non encore diminuée. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, comprenant une étape incluant d'augmenter la valeur de la température seuil T ancien seuil de declenchement enregistrée, de sorte que le refroidissement de la batterie soit déclenché plus tard 10. Programme d'ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.