Brevet FR3073253A1 — publié le 20190510

PROCÉDÉ DE COMMANDE ELECTRIQUE D'UN CATALYSEUR SCR CHAUFFÉ ÉLECTRIQUEMENT ET DISPOSITIF DE COMMANDE ELECTRIQUE D'UN TEL CATALYSEUR [1] L'invention concerne de manière générale la réduction des émissions polluantes 5 d'oxydes d'azote d'un véhicule à moteur thermique équipé d'un catalyseur de réduction catalytique sélective, dit « SCR », chauffé électriquement. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un procédé de commande électrique d'un catalyseur SCR chauffé électriquement implanté dans un véhicule à moteur thermique. L'invention se rapporte aussi à un dispositif de commande électrique d'un catalyseur SCR chauffé électriquement, 10 dans lequel est mis en oeuvre le procédé ci-dessus. [2] Les véhicules à moteur thermique sont équipés de dispositifs de post-traitement des gaz d'échappement conçus pour la réduction des émissions polluantes et le respect des normes environnementales. La réduction des émissions d'oxydes d'azote (NOx) est obtenue au moyen du catalyseur SCR, pour « Selective Catalytic Reduction » en anglais. 15 [003] Le catalyseur SCR conventionnel est tributaire de la température des gaz d'échappement qui doit être suffisante pour réduire efficacement les rejets de NOx. Dans certaines situations de vie du véhicule, comme lors des démarrages à froid du moteur thermique et en roulage urbain à faible vitesse, cette contrainte sur la température des gaz d'échappement impacte les performances de réduction des NOx. 20 [004] Afin de pallier à l'inconvénient ci-dessus, il est connu d'utiliser un catalyseur SCR chauffé électriquement, dit « eSCR ». Le catalyseur eSCR permet d'atteindre plus rapidement des températures de fonctionnement optimales et autorise ainsi une efficacité accrue dans la réduction des NOx. Cependant, l'alimentation électrique de la résistance de chauffage incluse dans le catalyseur eSCR sollicite de manière importante le réseau 25 d'alimentation électrique du véhicule. En effet, la puissance électrique requise pour l'alimentation de la résistance de chauffage peut être de l'ordre de 1 kW ou au-delà. L'alimentation électrique de la résistance de chauffage peut donc perturber le réseau d'alimentation électrique, en provoquant des chutes de tension susceptibles d'impacter l'alimentation d'autres consommateurs électriques dont font partie des d'organes 30 sécuritaires tels que le dispositif de correction de trajectoire dit ESP, la direction assistée électrique (DAE), etc. Par ailleurs, lorsque l'alternateur du réseau de bord est dans un état 2 de fonctionnement lui interdisant de satisfaire la demande électrique du catalyseur eSCR, les moyens de stockage d'énergie du véhicule sont sollicités et subissent des décharges. Les demandes électriques répétées du catalyseur eSCR conduisent à davantage de phases de charge/décharge des moyens de stockage d'énergie et affectent la durabilité de la batterie principale du véhicule qui généralement est du type conventionnel au plomb. [5] Il existe donc un besoin pour un procédé de commande électrique d'un catalyseur eSCR dans un véhicule à moteur thermique, assurant une gestion des activations électriques de celui-ci dans le respect des contraintes imposées au réseau d'alimentation électrique du véhicule et protégeant la durabilité des moyens de stockage d'énergie du véhicule. [6] Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de commande électrique d'un catalyseur de réduction catalytique sélective chauffé électriquement, dit eSCR, dans un véhicule à moteur thermique, le procédé comportant une commande en température du catalyseur eSCR. Conformément à l'invention, le procédé comprend une vérification de conditions préalables de disponibilité de ressources énergétiques dans le véhicule, et une autorisation d'une activation électrique du catalyseur eSCR qui est dépendante d'un résultat de la vérification de conditions préalables, les conditions préalables étant prédéterminées de manière à respecter des contraintes imposées à un réseau d'alimentation électrique du véhicule. [007] Selon une caractéristique particulière, la vérification de conditions préalables comprend une première étape de vérification des conditions a) et b) suivantes : a) RCAL RMAXAL, dans laquelle - RCAL est un rapport cyclique d'un courant d'excitation d'un alternateur du véhicule, et - RMAXAL est rapport cyclique maximum de seuil, b) SOCsp k SMINsp, dans laquelle - SOCsp est un état de charge d'un stockeur d'énergie principal dudit véhicule, et - SMINsp est un état de charge minimum de seuil, 3 et la première étape de vérification est validée par la satisfaction des conditions a) et b). [008] Selon une autre caractéristique particulière, le rapport cyclique maximum de seuil RMAXAL est compris entre 60% et 90%. 5 [009] Selon encore une autre caractéristique particulière, l'état de charge SMINsp est compris entre 60% et 80%. [0010] Selon encore une autre caractéristique particulière, la vérification de conditions préalables comprend également une deuxième étape de vérification de la condition c) suivante : 10 c) SOCsA SMINsA, dans laquelle - SOCsA est un état de charge d'un stockeur d'énergie auxiliaire du véhicule, et - SMINsA est un état de charge minimum de seuil du stockeur d'énergie auxiliaire, et la deuxième étape de vérification est validée par la satisfaction de la condition c). 15 [0011] Selon encore une autre caractéristique particulière, la deuxième étape de vérification comporte la fourniture d'une requête de recharge du stockeur d'énergie auxiliaire lorsque la condition c) n'est pas satisfaite. [0012] Selon encore une autre caractéristique particulière, l'état de charge minimum de seuil SMINSA est compris entre 50% et 80%. 20 [0013] Selon encore une autre caractéristique particulière, la vérification de conditions préalables comprend une étape de fourniture d'un résultat de vérification positif lorsque les première et deuxième étapes de vérification sont validées, le résultat de vérification positif autorisant une activation électrique du catalyseur eSCR. [0014] Selon un autre aspect, l'invention concerne aussi un dispositif de commande 25 électrique d'un catalyseur eSCR de véhicule à moteur thermique dans lequel est compris un module de commande en température du catalyseur eSCR et un module de gestion énergétique comportant des moyens de mise en oeuvre du procédé décrit brièvement ci-dessus. 4 [0015] L'invention concerne aussi un véhicule comprenant un catalyseur eSCR et un stockeur d'énergie principal sous la forme d'une batterie au plomb et le dispositif de commande électrique de catalyseur eSCR tel que défini ci-dessus. [0016] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus 5 clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous d'une forme de réalisation particulière de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la Fig.1 est un bloc-diagramme simplifié montrant une forme de réalisation particulière d'un dispositif selon l'invention pour la commande électrique d'un catalyseur eSCR ; et 10 la Fig.2 est un bloc-diagramme fonctionnel montrant le traitement effectué dans un module de gestion énergétique inclus dans le dispositif de commande électrique de la Fig.1. [0017] En référence aux Figs.1 et 2, il est maintenant décrit une forme de réalisation particulière 1 d'un dispositif selon l'invention pour la commande électrique d'un catalyseur 15 eSCR, ainsi que le procédé de l'invention mis en oeuvre dans celui-ci. On notera que le dispositif de commande électrique 1 selon l'invention pourra être réalisée partiellement ou en totalité sous la forme d'un module logiciel hébergé par exemple dans un calculateur de contrôle moteur du véhicule et est intégré dans une stratégie de commande globale du catalyseur eSCR. 20 [0018] Comme montré à la Fig.1, le dispositif de commande électrique 1 est ici implémenté dans un calculateur de contrôle moteur ECU et commande les activations électriques du catalyseur eSCR au moyen d'un signal d'activation électrique SAE. Le signal d'activation électrique SAE commande la commutation d'ouverture/fermeture d'un interrupteur de puissance 2. L'interrupteur de puissance 2 est typiquement un interrupteur 25 électronique ou un contacteur électrique qui est relié à un réseau d'alimentation électrique du véhicule. Le catalyseur eSCR est activé électriquement par la fermeture de l'interrupteur 2. L'interrupteur 2 applique alors une tension d'alimentation +V aux bornes d'une résistance électrique de chauffage RH du catalyseur eSCR. L'alimentation électrique de la résistance électrique de chauffage RH provoque une montée en température rapide du catalyseur eSCR jusqu'à atteindre une température optimale de traitement. Les gaz d'échappement GE, amenés par la ligne d'échappement de gaz LE jusqu'au catalyseur 5 eSCR, sont portés dans celui-ci à la température optimale et y sont traités pour la réduction des NOx. [0019] Le dispositif de commande électrique 1 comprend essentiellement un module de commande en température 10 et un module de gestion énergétique 11. 5 [0020] Le module de commande en température 10 opère de manière connue et a pour fonction de commander un accroissement de la température du catalyseur eSCR jusqu'à une température de consigne correspondant à une température optimale pour la réduction des NOx. Le module de commande en température 10 fournit un signal de commande en température SRT, de type tout-ou-rien, pour la commande du chauffage électrique du 10 catalyseur eSCR. Le module de commande en température 10 établit le signal de commande en température SRT à partir notamment d'un signal de mesure de température SOT et d'un signal de température de consigne CONS qui lui sont fournis en entrée. La valeur de la température de consigne est donnée par la stratégie de commande du catalyseur eSCR et peut varier en fonction du point de fonctionnement de celui-ci. Le 15 signal de mesure de température SOT est fourni par un capteur de température CT du catalyseur eSCR. Le signal de température de consigne CONS indique une température optimale TORT qui est requise dans le catalyseur eSCR pour le traitement de réduction des NOx. Lorsque le signal SOT indique une température TC dans le catalyseur eSCR qui est inférieure à la température optimale TORT définie par le signal de consigne CONS, le 20 signal de commande en température SRT est à un état actif « 1 ». Lorsque la température TC est supérieure à la température optimale TORT, le signal de commande en température SRT est à un état inactif « 0 ». [0021] Dans le dispositif 1, il est prévu une fonction logique ET 12 qui combine le signal de commande en température SRT avec un signal d'autorisation d'activation électrique 25 SAA de manière à produire le signal d'activation électrique SAE. Le signal d'activation électrique SAE commande, à travers l'interrupteur de puissance 2, l'activation ou alimentation électrique du catalyseur eSCR, c'est-à-dire, en d'autres termes, l'alimentation électrique de la résistance de chauffage RH. Le signal d'autorisation d'activation électrique SAA est délivré par le module de gestion énergétique 11. 30 [0022] Conformément à l'invention, le module de gestion énergétique 11 a essentiellement pour fonction de vérifier des conditions préalables de disponibilité de ressources énergétiques dans le véhicule avant d'autoriser une activation électrique du catalyseur eSCR. Les ressources énergétiques doivent être disponibles de manière 6 suffisante pour alimenter le catalyseur eSCR tout en respectant les contraintes imposées au réseau d'alimentation électrique du véhicule. La durabilité les moyens de stockage d'énergie doit également être protégée. [0023] Dans le véhicule, l'énergie électrique est fournie par des moyens de génération 5 électrique et des moyens de stockage d'énergie électrique. Les moyens de génération électrique comportent typiquement un alternateur conventionnel et/ou une machine électrique tournante réversible fonctionnant en mode alternateur. Les moyens de stockage d'énergie électrique comportent un stockeur d'énergie principal, typiquement une batterie au plomb conventionnelle, et un ou plusieurs stockeurs d'énergie auxiliaires, par exemple 10 sous la forme d'une batterie lithium-ion et/ou d'un pack de supercondensateurs inclus dans un dispositif de maintien de tension ou dans un système de freinage récupératif comprenant éventuellement un réseau auxiliaire d'alimentation électrique. [0024] Dans cette forme de réalisation particulière décrite ici à titre d'exemple, il est considéré que les moyens de génération électrique sont un alternateur, le stockeur 15 d'énergie principal est une batterie au plomb conventionnelle de 12 V, dite ci-après « batterie principale », et le stockeur d'énergie auxiliaire est une batterie lithium-ion ou un pack de supercondensateurs. [0025] Comme montré à la Fig.1, le module de gestion énergétique 11 reçoit en entrée l'état de charge SOCsA du stockeur d'énergie auxiliaire, le rapport cyclique RCAL du 20 courant d'excitation de l'alternateur et l'état de charge SOCsp de la batterie principale. Outre le signal d'autorisation d'activation électrique SAA, le module de gestion énergétique 11 fournit également en sortie une requête de recharge de stockeur auxiliaire PCsA. On notera que les états SOCsA, SOCsp et le rapport cyclique RCAL pourront déjà disponibles dans le calculateur de contrôle moteur ECU, hébergeant le module 11, pour y être utilisés 25 par une stratégie globale de gestion de l'énergie électrique du véhicule. Dans le cas contraire, les états SOCsA, SOCsp et le rapport cyclique RCAL pourront être fournis au module 11, par exemple, à travers de réseau de communication CAN du véhicule. [0026] L'état de charge SOCsA du stockeur d'énergie auxiliaire et l'état de charge SOCsp de la batterie principale sont évalués par exemple par une unité de gestion des stockeurs 30 d'énergie électrique du véhicule, de type unité BMS, pour « Battery Management System » en anglais, comportant de moyens d'évaluation des états SOC, pour « State of Charge » en anglais, des stockeurs d'énergie électrique gérés par l'unité. 7 [0027] Le rapport cyclique RCAL est celui du courant d'excitation, de type à modulation de largueur d'impulsion, de l'alternateur. Le rapport cyclique RCAL reflète la capacité de l'alternateur à répondre ou pas à une nouvelle sollicitation énergétique d'un consommateur électrique se connectant au réseau d'alimentation électrique du véhicule. Le rapport 5 cyclique RCAL évolue typiquement entre quelques pourcents et 100% en fonction de la charge électrique imposée par les consommateurs. Un rapport cyclique de 100% correspond à un état de saturation de l'alternateur qui délivre alors sa pleine puissance. [0028] La requête de recharge de stockeur auxiliaire POSA est délivrée par le module de gestion énergétique 11 lorsque l'état SOCsA du stockeur d'énergie auxiliaire est jugé 10 insuffisant par le module de gestion énergétique 11. La requête POSA est transmise typiquement à une stratégie globale de gestion de l'énergie électrique du véhicule qui est implémentée par exemple dans le calculateur de contrôle moteur ECU. Par ce moyen, le module de gestion énergétique 11 cherche à maintenir le stockeur d'énergie auxiliaire dans un état de charge suffisant pour pouvoir pallier à une éventuelle saturation de 15 l'alternateur en cours d'alimentation électrique du catalyseur eSCR. En effet, en cas de la saturation de l'alternateur, il est préférable que le stockeur d'énergie auxiliaire soit en capacité de fournir de l'énergie, de façon à ménager la batterie principale au plomb. Sachant que le stockeur d'énergie auxiliaire, sous la forme d'une batterie lithium-ion ou d'un pack de supercondensateurs, a une tolérance aux cycles répétés de charge/décharge 20 bien supérieure à celle d'une batterie au plomb. On privilégie ainsi la fourniture d'énergie par le stockeur d'énergie auxiliaire en cas de saturation de l'alternateur. La génération de cette requête POSA est décrite plus bas dans la description. [0029] Le bloc-diagramme fonctionnel de la Fig.2 montre le traitement effectué dans le module de gestion énergétique 11. Ce traitement met en oeuvre le procédé selon 25 l'invention qui fait appel à des étapes fonctionnelles F1, F2 et F3 pour décider d'autoriser ou pas une activation électrique du catalyseur eSCR. On notera que dans certaines formes de réalisation particulières de l'invention l'étape fonctionnelle F1 pourra ne pas être implémentée. [0030] L'étape fonctionnelle F1 vérifie la capacité du stockeur d'énergie auxiliaire à 30 répondre aux sollicitations énergétiques du catalyseur eSCR. En effet, il peut être pertinent d'utiliser le stockeur d'énergie auxiliaire pour l'alimentation électrique du catalyseur eSCR. Le stockeur d'énergie auxiliaire pourra soit contribuer à l'alimentation électrique du catalyseur eSCR, en complétant l'alimentation électrique assurée par les moyens 8 conventionnels du véhicule que sont l'alternateur et la batterie principale, soit assurer en totalité cette alimentation électrique pendant un laps de temps. [0031] L'étape fonctionnelle Fi utilise comme entrée l'état de charge SOCsA du stockeur d'énergie auxiliaire et délivre notamment une première information d'autorisation partielle 5 d'activation électrique SA0K pour piloter l'autorisation d'activation électrique du catalyseur eSCR. L'étape fonctionnelle F1 fait appel essentiellement à une sous-étape de condition F10. La sous-étape de condition F10 permet de décider si le stockeur d'énergie auxiliaire est ou pas en capacité de contribuer à l'alimentation électrique du catalyseur eSCR afin de pallier à une éventuelle saturation de l'alternateur. Pour cela, la sous-étape de condition 10 F10 effectue une comparaison entre l'état de charge SOCsA et un état de charge minimum de seuil SMINsA. Conformément à l'invention, l'état de charge minimum de seuil SMINsA est compris de préférence entre 50% et 80%. [0032] Lorsque l'état de charge SOCsA est supérieur ou égal à l'état de charge minimum de seuil SMINsp (SOCsA k SMINsA), l'étape fonctionnelle F1 décide que le stockeur 15 d'énergie auxiliaire est dans un état de charge compatible avec une autorisation d'activation électrique du catalyseur eSCR. Dans ce cas, une sortie de réponse positive Y de la sous-étape de condition F10 est active et détermine dans le même état actif la première information d'autorisation partielle d'activation électrique SA0K = « 1 ». Cette première information d'autorisation partielle d'activation électrique SA0K est fournie à une 20 entrée e31 d'une fonction logique ET, F30, incluse dans l'étape fonctionnelle F3. [0033] Lorsque l'état de charge SOCsA est inférieur à l'état de charge minimum de seuil SMINsA (SOCsA RMAXAL), il est décidé que l'alternateur est trop chargé par les consommateurs électriques connectés au réseau d'alimentation électrique et n'est en capacité d'assumer l'alimentation électrique du catalyseur eSCR. Dans ce cas, la sortie de 30 réponse positive Y de la sous-étape de condition F20 est inactive et détermine dans le même état inactif la première information de pré-autorisation partielle d'activation électrique AL0K = « 0 ». Une sortie de réponse négative N de la sous-étape de condition F20 active une boucle d'attente de la sous-étape pour une exécution ultérieure. 10 [0039] La sous-étape de condition F21 est relative à la batterie principale et utilise comme entrée l'état de charge SOCsp. La sous-étape de condition F21 permet de décider si la batterie principale est dans un état de charge compatible avec une autorisation d'activation électrique du catalyseur eSCR et sera en mesure de pallier à une éventuelle 5 saturation de l'alternateur en cours d'alimentation électrique du catalyseur eSCR. Pour cela, la sous-étape de condition F21 effectue une comparaison entre l'état de charge SOCsp et un état de charge minimum de seuil SMINsp. Conformément à l'invention, l'état de charge minimum de seuil SMINsp est compris de préférence entre 60% et 80 `Vo. [0040] Lorsque l'état de charge SOCsp est supérieur ou égal à l'état de charge minimum 10 de seuil SMINsp (SOCsp k SMINsp), il est décidé que la batterie principale est dans un état de charge compatible avec une autorisation d'activation électrique du catalyseur eSCR. Dans ce cas, une sortie de réponse positive Y de la sous-étape de condition F21 est active et détermine dans le même état actif une deuxième information de pré-autorisation partielle d'activation électrique SPoK = « 1 ». 15 [0041] Lorsque l'état de charge SOCsp est inférieur à l'état de charge minimum de seuil SMINsp (SOCsp REVENDICATIONS1. Procédé de commande électrique d'un catalyseur de réduction catalytique sélective chauffé électriquement, dit eSCR, dans un véhicule à moteur thermique, ledit procédé comportant une commande en température (10) dudit catalyseur eSCR, caractérisé en ce qu'il comprend une vérification (11, F1, F2) de conditions préalables de disponibilité_ de ressources énergétiques dans ledit véhicule, et une autorisation (F3) d'une activation électrique dudit catalyseur eSCR qui est dépendante d'un résultat (SA0K, ALSPoK, SAA) de ladite vérification de conditions préalables, lesdites conditions préalables (F10, F20, F21) étant prédéterminées de manière à respecter des contraintes imposées à un réseau d'alimentation électrique dudit véhicule. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite vérification de conditions préalables comprend une première étape (F2) de vérification des conditions a) et b) suivantes : a) RCAL RMAXAL, dans laquelle - RCAL est un rapport cyclique d'un courant d'excitation d'un alternateur dudit véhicule, et - RMAXAL est rapport cyclique maximum de seuil, b) SOCsp SMINsp, dans laquelle - SOCsp est un-état de charge d'un stockeur d'énergie principal dudit véhicule, et - SMINsp est un état de charge minimum de seuil, et ladite première étape de vérification est validée par la satisfaction des conditions a) et b). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit rapport cyclique maximum de seuil RMAXAL est compris entre 60% et 90%. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit état de charge SMINsp est compris entre 60% et 80%. 13 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite vérification de conditions préalables comprend également une deuxième étape (F1) de vérification de la condition c) suivante : c) SOCsA SMINsA, dans laquelle 5 - SOCsA est un état de charge d'un stockeur d'énergie auxiliaire dudit véhicule, et - SMINsA est un état de charge minimum de seuil dudit stockeur d'énergie auxiliaire, 106. 7. 15 8. 20 et ladite deuxième étape de vérification est validée par la satisfaction de la condition c). Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite deuxième étape de vérification (F1) comporte la fourniture d'une requête de recharge (PCsA) dudit stockeur d'énergie auxiliaire lorsque la condition c) n'est pas satisfaite. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit état de charge minimum de seuil SMINsA est compris entre 50% et 80%. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 et l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que ladite vérification de conditions préalables comprend une étape (F3) de fourniture d'un résultat de vérification positif lorsque lesdites première et deuxième étapes de vérification (F2, F1) sont validées (ALSP0K, SA0K), ledit résultat de vérification positif autorisant une activation électrique (SAA) dudit catalyseur eSCR. 9. Dispositif de commande électrique (1) d'un catalyseur eSCR de véhicule à moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend un module de commande en température (10) dudit catalyseur eSCR et un module de gestion énergétique (11) comportant des moyens de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 8. 10. Véhicule comprenant un catalyseur eSCR et un stockeur d'énergie principal sous la forme d'une batterie au plomb, caractérisé en ce qu'il comprend également un dispositif de commande électrique de catalyseur eSCR (1) selon la revendication 9.