Brevet FR3001340A1 — publié le 20140725

PROCEDE DE CHAUFFAGE D'UNE BATTERI E D'UN VEHI CULE ELECTRI QUE L'invention se rapporte à un procédé de chauffage d'une batterie d'un 5 véhicule électrique. Il faut rappeler que les batteries de traction des véhicules hybrides ou électriques font état de baisses de performance à basse température, notamment au niveau de la puissance disponible, de la puissance acceptée en charge et en freinage récupératif, des rendements et de l'énergie disponible pour prolonger l'autonomie. Pour résoudre ce problème, un système 10 de chauffage de la batterie est généralement implanté dans la définition technique du véhicule, ledit système pouvant être utilisé, soit en phase de roulage, soit en mode stationnaire. L'invention concerne plus spécifiquement un procédé de chauffage amélioré de la batterie, essentiellement lorsque le véhicule se retrouve en phase de roulage. 15 De tels procédés de chauffage existent et ont déjà fait l'objet de brevets. On peut, par exemple, citer la demande de brevet US2012/0029724, qui divulgue un procédé de chauffage d'une batterie de traction d'un véhicule électrique. Selon cette solution, une température cible est fixée en fonction de différents paramètres, comme par exemple le SOC (de l'anglais State Of 20 Charge) et le SOH (de l'anglais State Of Health). Des consignes de réchauffage sont ensuite appliquées dès lors que la température mesurée est inférieure à cette température cible. Une fois cette température atteinte, le réchauffage est interrompu. Cette solution présente toutefois plusieurs inconvénients : - Elle nécessite l'élaboration d'une cartographie de températures cibles en 25 fonction de différents paramètres, notamment du SOH. Or il est non seulement très difficile d'estimer ce paramètre SOH, car il dépend lui-même de plusieurs facteurs, mais il faut savoir qu'à une valeur de SOH donnée peuvent correspondre toutes sortes de situations qui nécessiteraient des températures cibles différentes ; 30 - Le pilotage en température implique l'utilisation d'un régulateur de température, dont l'inertie est importante et source de pertes énergétiques ; - Cette solution ne tient pas compte de la variabilité des caractéristiques des batteries (capacité et résistance interne notamment). Les procédés de chauffage d'une batterie selon l'invention permettent d'augmenter la température d'une batterie électrique afin d'augmenter ses 5 performances, tout en s'affranchissant des inconvénients relevés dans l'état de la technique. L'invention a pour objet un procédé de chauffage d'une batterie électrique d'un véhicule en phase de roulage. La principale caractéristique d'un procédé selon l'invention est qu'il 10 comprend: - une étape de détermination d'une puissance de décharge cible devant être délivrée par la batterie, une étape de détermination de la puissance de décharge disponible pouvant être délivrée par la batterie au cours du 15 temps, - une étape de comparaison entre la puissance de décharge disponible et la puissance de décharge cible, une étape de chauffage de la batterie lorsque la puissance de décharge disponible est inférieure à la puissance de décharge 20 cible. Le paramètre pris en considération pour le déclenchement du chauffage est la puissance de décharge disponible, que la batterie peut fournir. De cette façon, le déclenchement du chauffage s'effectue à bon escient, uniquement lorsque cela s'avère nécessaire, car la puissance de décharge de 25 la batterie constitue un paramètre incontournable renseignant sur les besoins réels pour les prestations du véhicule en matière de chauffage de celle-ci. Un tel procédé ne nécessite pas de connaitre la température effective et cible de la batterie, mais se focalise sur ses performances biaisées en matière de puissance de décharge, pour amorcer un processus de chauffage de celle-ci. La puissance cible est une puissance de consigne à laquelle on souhaite voir fonctionner la batterie. La puissance de décharge disponible est une puissance qui est généralement estimée au moyen de capteurs lors du fonctionnement de la batterie. Avantageusement, l'étape de détermination de la puissance de décharge cible dépend d'au moins un paramètre à choisir parmi un état de charge de la batterie, une température de la batterie, une température extérieure, un âge de la batterie, un état de santé de la batterie, un mode d'utilisation de la batterie et un mode d'utilisation du véhicule. En effet, la puissance cible ne constitue pas une donnée intangible de la batterie, mais va dépendre de paramètres liés au véhicule, à la batterie elle-même, de facteurs environnementaux tels que la température extérieure, et du mode auquel un conducteur souhaite utiliser son véhicule. Concernant ledit mode, le conducteur peut par exemple vouloir utiliser son véhicule de façon économique, auquel cas il fixera une puissance de décharge cible plus faible. De façon préférentielle, la batterie comprend un calculateur relié à des capteurs, la puissance de décharge disponible de la batterie étant déterminée en continu par ledit calculateur, à intervalles de temps réguliers. De cette manière, les opérations de chauffage de la batterie peuvent être déclenchées à chaque instant d'une phase de roulage du véhicule, dès que les conditions sont remplies. Le calculateur de la batterie est plus connu sous le nom de BMS (de l'anglais Battery Management System) et permet de gérer tous les paramètres afférents à la batterie, comme par exemple, la tension aux bornes des cellules, sa température, le courant la traversant, son état de charge, la puissance disponible en charge, et la puissance disponible en décharge. L'étape de détermination de la puissance de décharge disponible de la batterie à un instant donné, est pilotée essentiellement au moyen du BMS. Les intervalles de temps auxquels est déterminée la puissance de décharge de la batterie peuvent par exemple valoir 10ms ou 100ms. Préférentiellement, le calculateur est en communication avec un système de commande du chauffage de la batterie, ledit système de commande possédant une valeur de puissance de décharge cible préenregistrée. Les informations fournissant la puissance de décharge 5 disponible de la batterie, sont envoyées au système de commande du chauffage, qui va réaliser la comparaison entre ces informations et la puissance de décharge cible préenregistrée, puis déclencher éventuellement le chauffage de la batterie. Avantageusement, le système de commande est un calculateur plus connu sous la dénomination EVC (de l'anglais Electric Vehicle 10 Controller), qui est un calculateur central du véhicule électrique, gérant tous les équipements électriques et électroniques dudit véhicule. De façon préférentielle, la liaison entre le calculateur de la batterie et le système de commande est réalisée au moyen d'un réseau de communication de type CAN (de l'anglais Controller Area Network). 15 Selon un premier mode de réalisation préféré d'un procédé de chauffage selon l'invention, l'étape de chauffage est réalisée par au moins un dispositif de chauffage externe à ladite batterie, et qui fonctionne sur la base d'une circulation de fluide en contact avec au moins une partie de ladite batterie. Le fluide peut par exemple être constitué par de l'air ou un liquide 20 pouvant être de l'eau. Ledit fluide porté à une certaine température est mis au contact d'au moins une partie de la batterie pour réchauffer ladite batterie. Un tel dispositif de chauffage est usuel, efficace et peu coûteux. Selon un deuxième mode de réalisation préféré d'un procédé de chauffage selon l'invention, l'étape de chauffage est réalisée par un dispositif 25 de chauffage interne à la batterie, ledit dispositif comprenant au moins un dispositif de chauffage par dissipation d'énergie électrique. Cette configuration présente l'avantage d'être moins encombrante que celle décrite ci-avant. De façon avantageuse, l'étape de chauffage est interrompue dès que la température de la batterie est supérieure à une valeur seuil. A travers cette 30 interruption de la phase de chauffage, le procédé selon l'invention possède une sécurité permettant d'éviter une surchauffe de la batterie pouvant conduire à un dysfonctionnement ou à une usure prématurée de celle-ci. Avantageusement, la puissance de décharge cible est abaissée au cours dudit procédé, lorsque l'état de charge de la batterie tend vers zéro. Cette phase d'abaissement de la puissance cible permet de limiter la consommation d'électricité lorsque la batterie est presque vide. Le terme presque vide signifie que le taux de charge de ladite batterie est inférieur à 20%. Selon un mode de réalisation préféré d'un procédé selon l'invention, l'abaissement de la puissance de décharge cible s'effectue de façon discrète en passant directement à un palier de puissance inférieur. Pour cette configuration, le processus d'abaissement est simplifié, mais moins précis puisque la puissance cible ne peut prendre qu'une seule valeur inférieure. Selon un autre mode de réalisation préféré d'un procédé selon l'invention, l'abaissement de la puissance de décharge cible est progressive, et est réalisée au moyen d'une loi linéaire. Le processus d'abaissement est ici plus complet et plus précis. Cette loi pourrait par exemple passer par les points 0 kW à 0% d'état de charge et 55 kW à 20% d'état de charge. Les procédés de chauffage d'une batterie électrique selon l'invention, présentent l'avantage d'être rigoureux, performant et précis, car ils provoquent le chauffage de ladite batterie de façon efficace, quand cela est juste nécessaire. Ils ont de plus l'avantage d'être peu onéreux, dans la mesure où ils ne nécessitent pas la mise en place de pièces supplémentaires. Ils présentent enfin l'avantage d'être souples d'utilisation, car ils peuvent être adaptés à un certain nombre de paramètres liés aux caractéristiques du moment de la batterie, de la température externe et du mode d'utilisation du véhicule, comme par exemple un mode économique. On donne, ci-après, une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un procédé de chauffage d'une batterie selon l'invention, en se 30 référant aux figures 1 à 3. La figure 1 est une vue schématique d'un véhicule électrique montrant les différents éléments nécessaires à la mise en oeuvre d'un procédé de chauffage selon l'invention, - La figure 2 illustre un exemple de variation de la puissance de décharge cible en fonction de l'état de charge de la batterie, La figure 3 illustre un exemple de gain de puissance de la batterie obtenu au moyen d'un procédé de chauffage selon l'invention. En se référant à la figure 1, un procédé de chauffage d'une batterie 1 d'un véhicule électrique 100 selon l'invention, est piloté au moyen du BMS 2, qui constitue le calculateur spécifique de la batterie 1, de l'EVC 3, qui peut être assimilé à une unité centrale de calcul et par un réseau de communication 4 de type CAN, reliant ledit BMS 2 à l'EVC 3. Les phases de chauffage de la batterie 1 sont assurées par un dispositif de chauffage 5 commandé par l'EVC 3. Ce dispositif de chauffage 5 peut être, soit externe à la batterie 1 en apparaissant sous la forme d'une circulation de fluide sous forme gazeuse, comme par exemple de l'air, ou liquide, comme par exemple de l'eau, soit interne à celle-ci en étant constitué par au moins une résistance chauffante. Le choix de l'une ou l'autre de ces deux variantes de réalisation de ce dispositif de chauffage 5 s'effectuera essentiellement en fonction de la disponibilité d'un fluide caloporteur ou non dans le véhicule 100. A titre d'exemple, lorsque le dispositif de chauffage 5 est externe à la batterie 1, le fluide peut être constitué par l'eau de refroidissement du moteur, qui a été chauffé par celui-ci. Un procédé de chauffage d'une batterie électrique 1 selon l'invention comprend : une étape de détermination d'une puissance de décharge cible devant être délivrée par la batterie 1. Cette puissance de décharge cible est une puissance de décharge de consigne, qui va être initialement affectée à la batterie 1, en fonction d'un certain nombre de paramètres : l'état de charge de la batterie 1 et sa température qui sont directement fournis par le BMS 2 en liaison avec des capteurs, la température extérieure, l'âge et l'état de santé de la batterie 1, ainsi que le mode de fonctionnement sélectionné. Le mode de fonctionnement choisi, peut par exemple être économique, auquel cas la puissance de consigne sera abaissée par rapport à celle qui serait allouée à ladite batterie 1 pour un mode de fonctionnement normal. Tous les paramètres listés ci-avant ne sont pas nécessaires à la fixation de la puissance cible. De même, d'autres paramètres peuvent venir s'ajouter à la liste précédente, pour fixer avec encore plus de rigueur et de précision cette valeur de puissance cible. La figure 2 illustre un exemple de détermination de cette puissance cible en fonction de l'état de charge de la batterie 1. En effet, afin d'éviter une consommation d'énergie trop importante lorsque la batterie 1 est déjà presque vide, la puissance cible peut être réduite, soit de façon discrète par un palier à un niveau de performance inférieur, par exemple 25 kW pour un état de charge compris entre 0 et 20% au lieu de 55kW pour un état de charge supérieur à 20%, soit par une loi linéaire pour laquelle la puissance cible varie par exemple de 0 à 55kW entre un état de charge nul et un état de charge de 20%. une étape de détermination de la puissance de décharge disponible pouvant être délivrée par la batterie 1 au cours du temps. Cette détermination s'effectue en continu, durant toute la phase de roulage du véhicule électrique. Cette puissance est connue grâce au BMS 2, qui va envoyer cette information à I'EVC 3, à intervalles de temps réguliers, par exemple toutes les 10 ou 100ms, via un réseau de communication CAN. une étape de comparaison entre la puissance de décharge disponible et la puissance de décharge cible. Cette étape est pilotée par l'EVC 3, dans lequel une valeur ou un profil de puissance cible a été préalablement enregistrée. une étape de chauffage de la batterie 1 lorsque la puissance de décharge disponible de la batterie 1, est inférieure à la puissance de décharge cible. Ainsi, lors d'une phase de roulage d'un véhicule électrique 100, à chaque fois que la puissance de décharge de la batterie 1 est inférieure à la valeur de la puissance de décharge cible, le dispositif de chauffage 5 est déclenché. Toutefois, afin d'éviter une trop grande consommation du dispositif de chauffage 5 et donc de trop chauffer la batterie 1, ledit dispositif de chauffage 5 peut alors être désactivé lorsque la batterie 1 est trop chaude, par exemple si sa température atteint 20°C. Une surchauffe de la batterie 1 peut conduire à un dysfonctionnement et/ou à une usure prématurée et nécessiterait une étape supplémentaire de refroidissement de ladite batterie 1. La figure 3 illustre un exemple de gain de puissance disponible de 20 l'ordre de 30 à 40%, entre une configuration impliquant un procédé selon l'invention matérialisée par la courbe 6, et une configuration n'impliquant pas de chauffage de la batterie 1, et matérialisée par la courbe 7. REVENDICATIONS1. Procédé de chauffage d'une batterie électrique (1) d'un véhicule (100) en phase de roulage, caractérisé en ce qu'il comprend: - une étape de détermination d'une puissance de décharge cible devant être délivrée par la batterie (1), une étape de détermination de la puissance de décharge disponible pouvant être délivrée par la batterie (1) au cours du tem ps, - une étape de comparaison entre la puissance de décharge disponible et la puissance de décharge cible, une étape de chauffage de la batterie (1) lorsque la puissance de décharge disponible est inférieure à la puissance de décharge cible. 2. Procédé de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'étape de détermination de la puissance de décharge cible dépend d'au moins un paramètre à choisir parmi un état de charge de la batterie (1), une température de la batterie (1), une température extérieure, un âge de la batterie (1), un état de santé de la batterie (1), un mode d'utilisation de la batterie (1) et un mode d'utilisation du véhicule. 3. Procédé de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la batterie comprend un calculateur (2) reliés à des capteurs, et en ce que la puissance de décharge disponible de la batterie (1) est déterminée en continu par ledit calculateur (2), à intervalles de temps réguliers. 4. Procédé de chauffage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le calculateur (2) est en communication avec un système de commande (3) du chauffage de la batterie (1), ledit système de commande (3) possédant une valeur de puissance de décharge cible préenregistrée. 5. Procédé de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape de chauffage est réalisée par au moins un dispositif (5) de chauffage externe à ladite batterie (1), et en ce que ledit dispositif (5) fonctionne sur la base d'une circulation de fluide en contact avec au moins une partie de ladite batterie (5). 6. Procédé de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape de chauffage est réalisée par un dispositif de chauffage (5) interne à la batterie (1), et en ce que ledit dispositif comprend au moins un dispositif de chauffage par dissipation d'énergie électrique. 7. Procédé de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'étape de chauffage est interrompue dès que la température de la batterie (1) est supérieure à une valeur seuil. 8. Procédé de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la puissance de décharge cible est abaissée au cours dudit procédé, lorsque l'état de charge de la batterie (1) tend vers zéro. 9. Procédé de chauffage selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'abaissement de la puissance de décharge cible s'effectue de façon discrète en passant directement à un palier de puissance inférieur. 10.Procédé de chauffage selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'abaissement de la puissance de décharge cible est progressive, et est réalisée au moyen d'une loi linéaire.