Brevet FR3070346A1 — publié le 20190301

I Procédé de gestion de l'état de charge d'un véhicule hybride La présente invention concerne un procédé pour gérer l'état de charge d'une batterie de traction d'un véhicule muni d'un groupe moto-propulseur hybride comprenant un moteur thermique et un moteur électrique. Dans le contexte actuel de consensus autour du réchauffement climatique, la diminution des émissions de dioxyde de carbone (CO2) est un défi majeur auquel sont confrontés les constructeurs automobiles, les normes 10 étant toujours plus exigeantes en la matière. Outre l'amélioration constante des rendements des moteurs thermiques classiques, qui s'accompagne d'une baisse des émissions de CO2, les véhicules électriques (« EV » d'après la terminologie anglo-saxonne « Electric Vehicle », dont le groupe moto-propulseur comprend un moteur 15 électrique uniquement) et les véhicules hybrides thermique-électrique (« HEV » d'après la terminologie anglo-saxonne « Hybrid Electric Vehicle », dont le groupe moto-propulseur comprend un moteur électrique et un moteur thermique) sont aujourd'hui considérés comme la solution la plus prometteuse pour diminuer les émissions de CO2. 20 Différentes technologies de stockage de l'énergie électrique ont été testées dans les dernières années afin de répondre aux besoins des EV et des HEV. Il apparaît aujourd'hui que les batteries à cellules lithium-ion (Li-ion) sont celles susceptibles de fournir le meilleur compromis entre la densité de puissance, qui favorise les performances en termes d'accélération 25 notamment, et la densité d'énergie, qui favorise l'autonomie. Cependant, l'utilisation de cette technologie Li-ion pour constituer des batteries de traction n'est pas sans poser de nombreuses difficultés, notamment si l'on considère les niveaux de tension nécessaires, de l'ordre de 400 volts (V), ou encore si l'on considère les hauts niveaux de température générés dans la batterie 30 durant les cycles de charge comme de décharge. A l'heure actuelle, l'un des freins à l'essor des véhicules électriques ou hybride reste leur coût, qui demeure plus élevé que celui des véhicules thermiques classiques, à cause notamment de la batterie Li-ion de traction. Ainsi, pour convaincre les clients potentiels de passer à un EV ou un HEV, il 2 apparaît essentiel de développer ces derniers autour de technologies à coût contenu. Il s'agit là d'un problème que la présente invention se propose de résoudre. Dans le but de contenir les coûts, la demanderesse a donc 5 développé et mis au point une architecture particulière de groupe moto-propulseur hybride. Comme dans toute architecture hybride classique, un moteur électrique alimenté par une batterie Li-ion vient assister un moteur thermique, les deux moteurs étant susceptibles de transmettre, alternativement ou simultanément, du couple aux roues motrices du véhicule. Mais une particularité de cette architecture, tenant notamment à son système de transmission de couple, est que le décollage du véhicule ne peut s'effectuer que par du couple purement électrique. Autrement dit, le passage du véhicule d'une vitesse nulle à une vitesse non nulle ne peut être assuré que par transmission de couple électrique, aucun couple thermique ne peut être transmis simultanément au moment du décollage. Ceci est une conséquence des solutions à coûts maîtrisés mises en oeuvre dans le système de transmission. De même, le maintient du véhicule à très basse vitesse ne peut être assuré que par transmission de couple électrique, jusqu'à dépassement d'un seuil de vitesse à partir duquel du couple thermique peut être transmis simultanément aux roues. Un inconvénient de ce type d'architecture est que, si l'état de charge de la batterie (ou SOC selon l'acronyme anglo-saxon signifiant « State Of Charge ») passe en dessous d'un certain seuil permettant de fournir le niveau minimal de puissance requis pour décoller le véhicule, alors il faut temporairement immmobiliser le véhicule afin de le recharger par utilisation du moteur thermique en mode groupe électogène. Mais préserver le SOC au-dessus d'un certain seuil, et surtout choisir la valeur de ce seuil, n'est pas sans poser de nombreuse difficultés compte-tenu des multiples cas d'usage possibles. Il s'agit là encore d'un problème que la présente invention se propose de résoudre. Pour illustrer ces difficultés, on peut considérer le cas d'usage suivant : un conducteur part d'une région de plaine pour aller skier en montagne. Après plusieurs centaines de kilomètres sur autoroute, il arrive en creux de vallée pour monter en station avec un SOC proche d'une valeur minimale autorisée par la loi de gestion de l'énergie implémentée dans le calculateur central véhicule (ou EVC selon l'abbréviation anglo-saxonne 3 signifiant « Electric Vehicle Controler »). La batterie du véhicule a d'abord subi une phase dite de « charge depleting » selon la terminologie anglo-saxonne, durant laquelle on a épuisé la charge jusqu'à un SOC seuil minimal, en maximisant l'utilisation du moteur électrique. Puis le véhicule a subi une phase 5 dite de « charge sustaining » selon la terminologie anglo-saxonne, durant laquelle on a préservé le SOC au voisinage de ce seuil minimal, en alternant des phases de roulage en mode électrique avec des phases de freinage récupératif, voir même avec des phases de recharge par utilisation du moteur thermique pour faire tourner le moteur électrique en mode génératrice. Malgré 10 le SOC faible en creux de vallée, le conducteur parvient à monter en station, car sa batterie est chaude, de l'ordre de 40° Celsius après un gros roulage sur autouroute. Grâce à sa température élevée, elle reste performante malgré son SOC faible. La stratégie de préservation du SOC a donc bien fonctionné, dans un premier temps en tous cas. Une fois arrivé en station, il laisse sa voiture 15 garée sur un parking extérieur pendant toute la durée de son séjour, par exemple durant une semaine. Au bout d'une semaine, la température de la batterie est descendue à la température ambiante locale, soit -10° Celsius par exemple. Le SOC, qui était suffisant pour assurer un certain niveau de performance à 40° Celsius, n'est plus suffisant à -10°Celsius : le conducteur a 20 peu de chances de pouvoir décoller immédiatement son véhicule du parking au moment de quitter la station pour rentrer chez lui, et il devra préalablement remonter le SOC par utilisation du moteur thermique pour faire tourner le moteur électrique en mode génératrice. La stratégie de préservation du SOC a donc finalement échoué, pour cause d'inadaptation du SOC à la 25 température. Il s'agit là encore d'un problème que la présente invention se propose de résoudre Dans le but d'éviter ce type de situation où le SOC de la batterie est inadapté à sa température, il est connu de US8330424B2 une stratégie préventive qui utilise les informations de navigation pour connaître la 30 température sur le lieu de destination et réguler le SOC en conséquence, en le maintenant dans une plage adaptée. Toutefois, dans le cas d'usage précédent qui inclut une phase prolongée de non utilisation du véhicule durant laquelle les conditions de température changent fortement, cette solution est inopérante et laisse le véhicule immobilisé sur le parking. Il s'agit là encore 35 d'un problème que la présente invention se propose de résoudre. 4 La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients et difficultés précités en déterminant un SOC minimal cible pour 5 respecter les exigences de performance, qu'il s'agisse de décollage ou de toute autre prestation, non seulement durant le roulage actuel, mais également durant le roulage suivant. Dans le cas d'usage précédent par exemple, elle propose ainsi de remonter préventivement le SOC dès le trajet aller en prévision de la chute de température à la fin du séjour. A cet effet, l'invention 10 a pour objet un procédé de gestion de l'état de charge d'une batterie de traction d'un groupe moto-propulseur d'un véhicule hybride. Ce procédé comporte, durant une phase de roulage du véhicule vers une destination courante : - une étape de prédiction de la température qu'atteindra la batterie, 15 après extinction du groupe-motopropulseur, à un instant de départ vers une destination future ; - une étape d'estimation, en fonction de la température de batterie prédite précédemment, d'un état de charge minimal de la batterie permettant de fournir, durant une phase de roulage vers la destination 20 future, un niveau de puissance minimal prédéfini ; - une étape de maintien de l'état de charge de la batterie au voisinage de l'état de charge minimal. Dans un mode de réalisation préférentiel, l'étape de prédiction de la 25 température qu'atteindra la batterie peut inclure parmi ses paramètres : - un délai écoulé entre la fin du roulage courant et le début du roulage futur, et/ou ; - un modèle de variation de la température ambiante entre la fin du roulage courant et le début du roulage futur, et/ou ; 30 - un modèle d'inertie thermique de la batterie donnant l'évolution de la température de la batterie en fonction de l'évolution de la température ambiante. Avantageusement, le délai écoulé entre la fin du roulage courant et le début 35 du roulage futur peut être : 5 - obtenu directement d'un système de planification de roulages, ou ; - déduit statistiquement à partir de roulages précédents obtenus d'un système de mémorisation de roulages, lesdits roulages précédents présentant des similarités avec le roulage courant, ou ; 5 - égal à une constante. Avantageusement également, la localisation du véhicule pouvant être connue d'un système de géolocalisation et un minimum de température mesurée en ladite localisation pouvant être connu d'un système de diffusion d'informations 10 météorologiques, le modèle de variation de la température ambiante peut être défini tel que : - la variation est nulle lorsque la température ambiante mesurée est en dessous du minimum de température ; - la variation est égale à une constante négative lorsque la 15 température ambiante mesurée est au dessus d'une valeur prédéfinie supérieure au minimimum de température ; - la variation évolue linéairement entre le minimum de température et la valeur prédéfinie. 20 Avantageusement là encore, le modèle d'inertie thermique de la batterie peut être défini de telle sorte que la température de la batterie varie de manière identique avec la température ambiante. Dans un mode de réalisation préférentiel, l'étape d'estimation de l'état de 25 charge minimal peut inclure de sélectionner la valeur maximum parmi une pluralité de valeurs d'état de charge, ladite pluralité pouvant inclure au moins : - une valeur d'état de charge minimal pour atteindre la destination courante, estimé en fonction de la température courante mesurée de la batterie et ; 30 - une valeur d'état de charge minimal pour atteindre la destination future, estimé en fonction de la température précédemment prédite. Avantageusement, la pluralité de valeurs d'état de charge peut inclure également un état de charge minimal pour assurer une durée de vie prédéfinie 35 à la batterie. 6 Avantageusement également, les valeurs d'états de charges minimaux pour atteindre la destination courante et pour atteindre la destination future peuvent être calculés en temps réel par une méthode de modélisation linéaire de 5 l'évolution de la puissance disponible dans la batterie en fonction de l'état de charge de la batterie. Par exemple, la méthode de modélisation linéaire peut être une méthode des moindres carrés récursive. Avantageusement, à chaque nouvelle estimation 10 d'une valeur d'état de charge obtenue récursivement à partir de la précédente estimation, ladite estimation précédente peut alors être multipliée par un facteur d'oubli À REVENDICATIONS1. Procédé de gestion de l'état de charge d'une batterie de traction d'un groupe moto-propulseur d'un véhicule hybride, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte, durant une phase de roulage du véhicule vers une destination courante : - une étape de prédiction de la température qu'atteindra la batterie, après extinction du groupe-motopropulseur, à un instant de départ vers une destination future ; - une étape d'estimation, en fonction de la température de batterie prédite précédemment, d'un état de charge minimal de la batterie permettant de fournir, durant une phase de roulage vers la destination future, un niveau de puissance minimal prédéfini ; - une étape de maintien de l'état de charge de la batterie au voisinage de l'état de charge minimal. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de prédiction de la température qu'atteindra la batterie inclut parmi ses paramètres : - un délai écoulé entre la fin du roulage courant et le début du roulage futur, et/ou ; - un modèle de variation de la température ambiante entre la fin du roulage courant et le début du roulage futur, et/ou ; - un modèle d'inertie thermique de la batterie donnant l'évolution de la température de la batterie en fonction de l'évolution de la température ambiante. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le délai écoulé entre la fin du roulage courant et le début du roulage futur est : - obtenu directement d'un système de planification de roulages, ou ; - déduit statistiquement à partir de roulages précédents obtenus d'un système de mémorisation de roulages, lesdits roulages précédents présentant des similarités avec le roulage courant, ou ; - égal à une constante. 15 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, la localisation du véhicule étant connue d'un système de géolocalisation et un minimum de température mesurée en ladite localisation étant connu d'un système de diffusion d'informations météorologiques, le modèle de variation de la 5 température ambiante est défini tel que : - la variation est nulle lorsque la température ambiante mesurée est en dessous du minimum de température ; - la variation est égale à une constante négative lorsque la température ambiante mesurée est au dessus d'une valeur prédéfinie supérieure au 10 minimimum de température ; - la variation évolue linéairement entre le minimum de température et la valeur prédéfinie. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le modèle d'inertie 15 thermique de la batterie est défini de telle sorte que la température de la batterie varie de manière identique avec la température ambiante. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'estimation de l'état de charge minimal inclut de sélectionner la valeur 20 maximum parmi une pluralité de valeurs d'état de charge, ladite pluralité incluant au moins : - une valeur d'état de charge minimal pour atteindre la destination courante, estimé en fonction de la température courante mesurée de la batterie et ; 25 - une valeur d'état de charge minimal pour atteindre la destination future, estimé en fonction de la température précédemment prédite. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pluralité de valeurs d'état de charge inclut également un état de charge minimal pour 30 assurer une durée de vie prédéfinie à la batterie. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les valeurs d'états de charges minimaux pour atteindre la destination courante et pour atteindre la destination future sont calculés en temps réel par une méthode 16 de modélisation linéaire de l'évolution de la puissance disponible dans la batterie en fonction de l'état de charge de la batterie. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la méthode de 5 modélisation linéaire est une méthode des moindres carrés récursive. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, à chaque nouvelle estimation d'une valeur d'état de charge obtenue récursivement à partir de la précédente estimation, ladite estimation précédente est multipliée par un 10 facteur d'oubli À 11. Calculateur comportant des moyens matériels et logiciels implémentant le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15 12.Véhicule hybride comportant un calculateur selon la revendication précédente.