Brevet FR3085313A1 — publié le 20200306

Description Titre de l'invention : Procédé de prolongation temporaire de l'autonomie d'un véhicule électrique [0001] La présente invention concerne un procédé de prolongation temporaire de l'autonomie d'un véhicule électrique. [0002] Dans le contexte actuel de consensus autour du réchauffement climatique, la di- minution des émissions de dioxyde de carbone (CO2) est un défi majeur auquel sont confrontés les constructeurs automobiles, les normes étant toujours plus exigeantes en la matière. [0003] 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 ») et les véhicules hybrides thermique-électrique (« HEV » d'après la terminologie anglo-saxonne « Hybrid Electric Vehicic ») sont aujourd'hui considérés comme la solution la plus prometteuse pour diminuer les émissions dc CO2. Différentes technologies dc gestion dc l'énergie électrique ont été testées dans les dernières années, afin de répondre aux besoins des EV et HEV. Par exemple, les batteries lithium-ion (li-ion) offrent un excellent compromis entre densité d'énergie, qui favorise l'autonomie, et densité dc puissance, qui favorise les performances, en termes d'accélération notamment. C'est pourquoi elles sont très couramment choisies comme « batterie de traction » pour alimenter le moteur électrique d'un EV ou d'un HEV. [0004] Un frein à l'essor des EV reste leur autonomie, encore limitée si on la compare à l'autonomie des véhicules thermiques. Il s'agit là d'un problème que la présente invention se propose de résoudre. [0005] L'état de la technique enseigne différentes stratégies pour augmenter de manière permanente l'autonomie des EV, notamment en vue d'améliorer la capacité des batteries et le rendement des machines électriques. [0006] D'autres stratégies visent à augmenter temporairement l'autonomie des EV, dans certains cas d'usages exceptionnels, c'est ce qu'on appelle les prolongateurs d'autonomie ou « range-extenders » selon la terminologie anglo-saxonne. Il peut s'agir d'un prolongateur thermique, comme sur la NISSAN Note e-Power, qui fonctionne comme un groupe électrogène à partir d'un carburant fossile. Il peut s'agir également d'un prolongateur de type pile à combustible, comme dans le document DE202017003371U, qui fonctionne à partir d'hydrogène liquide. Il peut s'agir également d'un prolongateur de type batterie métal-air, comme dans le document FR3027259A1. Un inconvénient majeur de ces solutions est leur complexité et leur I coût de mise en oeuvre, ainsi que la nécessité de réapprovisionner régulièrement le prolongateur, que soit en essence, en hydrogène, ou encore en plaques d'aluminium, ce qui nécessite au minimum le passage à une station, voire une opération de maintenance. Il s'agit là d'un inconvénient que la présente invention se propose d'éviter. [0007] La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de prolongation temporaire de l'autonomie d'un véhicule électrique comportant une batterie de traction ayant une capacité en énergie utilisable nominale qui est inférieure à sa capacité en énergie réelle maximale. Le procédé comporte une étape de libération de capacité utilisable supplémentaire, de sorte à augmenter temporairement l'autonomie du véhicule. [0008] Avantageusement, l'étape de libération de capacité peut inclure de calculer la capacité réelle maximale courante et de sélectionner une valeur de capacité libérée venant s'ajouter à la capacité utilisable nominale dans la limite de la capacité réelle maximale calculée. [0009] Avantageusement également, l'étape de libération de capacité peut inclure une étape de sélection de critères de libération à l'expiration desquels la capacité utilisable redevient la capacité utilisable nominale. Par exemple, les critères de libération peuvent inclure un critère de durée. [0010] Avantageusement également, si le véhicule roule vers une destination finale connue à l'avance, alors à l'expiration des critères de libération, la capacité utilisable peut ne redevenir la capacité utilisable nominale que lorsque le véhicule atteint effectivement cette destination finale. [0011] Dans un mode de réalisation, l'étape de sélection de la valeur de capacité libérée peut inclure de communiquer, par affichage ou par voie sonore, une valeur d'autonomie supplémentaire correspondant à la valeur de capacité sélectionnée. [0012] Les étapes de sélection de la valeur de capacité libérée et/ou des critères de libération peuvent également inclure de communiquer, par affichage ou par voie sonore, une somme à payer correspondant aux valeurs sélectionnées. [0013] La présente invention a également pour objet un système comportant des moyens matériels et logiciels pour mettre en oeuvre un tel procédé. [0014] La présente invention a enfin pour objet un véhicule embarquant un tel système. [0015] Outre de ne nécessiter aucune opération de réapprovisionnement ni de maintenance, l'invention décrite précédemment a encore pour principal avantage sa simplicité de mise en oeuvre, puisqu'elle peut être implémentée dans tout véhicule électrique actuel comportant un calculateur de batterie et un calculateur véhicule. [0016] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la des- cription qui suit faite en regard des figures fournies en annexe qui représentent un 3 même exemple de réalisation de l'invention : [0017] [fig.1] [0018] [fig.2] [0019] [fig.3] [0020] [fig.4] [0021] [fig.5] [0022] [fig.6] [0023] Sur ces figures, les mêmes références représentent les mêmes éléments. [0024] Aujourd'hui, les nouvelles générations de hatterie de traction des EV offrent une capacité plus importante que par le passé, à un prix plus abordable. Il devient possible aux constructeurs automobile de proposer une gamme d'EV diversifiée en termes de capacité nominale. Pour sa part, la demanderesse envisage de proposer, pour un même modèle d'EV, deux versions différentes embarquant la même batterie ayant une capacité réelle (i.c. physique) de 52 kWh : une version ayant une capacité nominale (i.c. vendue au client) de 30 kWh et une autre version ayant une capacité nominale de 52 kWh. La description ci-dessous décrit un procédé innovant de gestion de l'énergie et de la puissance motrice d'un EV offrant au conducteur un service innovant d'extension temporaire de la capacité nominale, s'appuyant sur le fait que la hatterie a une capacité réelle qui est supérieure à sa capacité nominale. [0025] Lc principe général du procédé est d'offrir la possibilité au conducteur d'un EV dont la batterie a une capacité réelle supérieure à la capacité nominale d'acheter, lorsqu'il le souhaite et lorsque cela est physiquement possible, d'obtenir de la capacité supplémentaire, dont il disposera pendant une période de temps déterminée et/ou à des conditions déterminées. [0026] Dans un mode de réalisation avantageux, le conducteur peut par exemple choisir parmi plusieurs options, via le tableau de bord du véhicule ou via son smartphone. [0027] Par exemple, le conducteur peut choisir la quantité d'énergie supplémentaire qu'il veut libérer, dans une limite qui dépend de la situation réelle et qui lui est communiquée à tout moment par le calculateur du véhicule sur son smartphone ou sur le tableau de bord. [0028] Il peut choisir également la durée de libération d'énergie. Il peut choisir une uti- lisation unique pour terminer le trajet en cours par exemple, dans ce cas la capacité redeviendra la capacité nominale dès la charge suivante. Cette option est utile dans le cas où l'utilisateur s'aperçoit qu'il n'a pas assez d'autonomie pour atteindre sa destination. L'existence d'une telle prestation permet aussi de rassurer le conducteur par rapport à la crainte d'une panne immobilisante. Il peut choisir également une durée déterminée, comme 24 heures, un week-end ou une semaine Dans ce cas, il pourra par exemple conserver la capacité étendue jusqu'à la charge qui suit la fin de la durée choisie. Le 4 fait de n'autoriser le retour à la capacité nominale que lors d'une charge assure que le conducteur n'aura jamais la mauvaise surprise d'une réduction d'autonomie pendant un roulage, ceci même si la durée de libération qu'il a choisie est expirée. [0029] Pour ce faire, le procédé décrit ci-après gère, par rapport à une capacité nominale pour le client inférieure ou égale à la capacité réelle de la batterie et variable dans le temps en fonction des choix de l'utilisateur : la puissance de traction, l'état de charge (ou « SOC » selon l'acronyme anglo-saxon signifiant « State Of Charge »), l'autonomie et l'arrêt de la charge. [0030] [fig.1] illustre par un diagramme un exemple d'architecture apte à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans un véhicule électrique. Ce diagramme illustre notamment une partie de l'architecture véhicule : un contrôleur véhicule 1, communiquant avec une batterie de traction 2 incluant son propre calculateur, un chargeur 3, un tableau de bord 4 et un onduleur 5. L'onduleur 5 permet de réaliser le couple avec la machine électrique, non illustrée sur [Fig. 1]. [0031] Lc contrôleur 1 exécute divers traitements, notamment un bloc 1 de traitement de l'énergie et du SOC de la batterie 2, un bloc 2 de traitement de la limitation de la puissance motrice demandée à l'onduleur 5, un bloc 3 de gestion de la fin de charge de la batterie 2, et un bloc 4 de gestion des interactions avec un smartphone ou une tablette 6. [0032] Le BLOC 1 de traitement de l'énergie et du SOC reçoit en entrée un signal Batt_En émis par le calculateur de la batterie de traction 2, qui représente le niveau d'énergie physique de la batterie 2 à l'instant présent en kilowatts par heure (kWh). Le BLOC 1 reçoit également en entrée un signal En_a_liberer émis par le BLOC 4, qui représente la quantité d'énergie supplémentaire à libérer en kWh. [0033] Le BLOC 1 produit en sortie un signal TdB_SOC à destination du tableau de bord 4 pour affichage au conducteur, qui représente le niveau de SOC après traitement. Il s'agit d'une valeur entre 0% et 100%. Il est aussi utilisé par le reste des stratégies logicielles embarquées. Il correspond au seul niveau de SOC connu par le conducteur. [0034] Le BLOC 1 produit également en sortie un signal TdB_En à destination du tableau de bord 4 pour affichage au conducteur, qui représente le niveau d'énergie batterie après traitement en kWh. Il sera également utilisé par le reste des stratégies logicielles embarquées, notamment pour l'estimation de l'autonomie restante affichée au conducteur. [0035] Ces signaux sont obtenus selon les équations suivantes : [0036] [Math. I] TdB_SOC = 100 - ( capa TcdBil_eE _utilen [0037] où capacitc utile est un paramètre qui correspond à la capacité nominale (inférieure à la capacité physique dc la batterie), et : [0038] [Math.2] TdB_En = max ( 0 ; E_ AvailDis ch _New _ No _Sat ) [0039] Avec [0040] [Math.3] E _AvailDisch_New _No _Sat Bad _En - En_reelle_0%_SOC _New [0041] Lc signal [Math.] En_reelle _0%_SOC_New représente la quantité d'énergie physique dont dispose la batterie lorsque TdB_SOC vaut 0%. Il est obtenu selon l'équation suivante : [0042] [Math.4] En_ree te_0310_50C _N nxi0 ; Uirty etedie_0%_SO CL, zberer (Cip si. En_a_liberer(t) a_liberer(t 1) En_reelle_0%_SOC_New(t 1) sinon [0043] Le signal En_a_libercr est produit par le BLOC 4 de la façon décrite dans le pa- ragraphe ci-dessous explicitant le fonctionnement du BLOC 4. [0044] Le BLOC 2 limite la puissance motrice et donc le couple moteur lorsque TdB_SOC et TdB_En sont faibles. Cette limitation est gérée de façon à ce que la puissance motrice diminue progressivement au fur et à mesure que le TdB_SOC diminue, de façon à ne pas surprendre le conducteur. Ce BLOC 2 produit en sortie un signal Batt_P_max_disch_New qui va limiter la puissance électrique maximum et donc le couple maximal Tq_Max réalisable par la machine électrique via l'onduleur 5. Cc signal Batt_P_max_disch_New est obtenu selon les équations suivantes : [0045] [Math.5] Ball P rnax üia Duree,utilisateur sire [0069] où : [0070] 8 Duree_liber_EnXt si Pian En_en_cours = 0, Duree_u ateur (t - 1) siaton [Math.9] Duree att lisateu 10071] EMath.101 Duree _En _suppl = T _absol -7 tdebut 10072] où T ahsol est un compteur continu interne au calculateur embarqué qui donne le temps absolu (à partir du premier réveil de la vie du calculateur) 10073] et où : 10074] EMath.111 T debut(t) T abs ) si ?Rail Lib n en cours 0 0 T cebut(t 1 sinon [0075] Le signal En_a_liberer envoyé au BLOC 1 est obtenu ainsi : [0076] [Math.12] En_a_Libere, Fla b_En_en_ ours 0 aiiberer_ e1- siaara [0077] où : [0078] [Math.13] a_liberer_ eni(t) En suppl req si Flag Lib En -en urs(t -1) = 0 =E Eri_a_liherer_rnem(t - 1) stnon [0079] Le signal de sortie Duree_rest_En_supp, envoyé au smartphone ou à la tablette 6 est obtenu de la façon suivante : [0080] [Math.14] Duree_rest_En_supp = Duree _utilisateur -Duree _En _suppl [0081] Ce mode de réalisation a plusieurs conséquences. Une première conséquence est que, si le conducteur choisit l'option « terminer le trajet en cours » (i.e. Duree_liber_En = 0), alors la capacité de la batterie redeviendra celle nominale dès qu'il aura branché sa voiture pour la charger (dès qu'il aura atteint un point de recharge). Cette option est pratique dans le cas où le conducteur s'aperçoit qu'il n'a pas assez d'autonomie pour atteindre sa destination. L'existence d'une telle prestation permet aussi de rassurer le conducteur par rapport à la crainte d'une panne immobilisante. Ainsi, [Fig. 4] et [Fig. 5] illustrent un exemple d'interface homme-machine sur le smartphone ou la tablette 6 permettant au conducteur d'ajuster les paramètres de libération d'énergie, avec deux curseurs permettant de choisir En_suppl_req dans la limite de En max liberable, ainsi que Duree liber En. Dans cet exemple, pour 1 kWh 9 de capacité supplémentaire achetée 12 curos (sur 9 kWh disponibles au total), le conducteur est informé qu'il gagne 5 kilomètres (km) d'autonomie, disponibles jusqu'à la prochaine recharge seulement. [0082] Une autre conséquence est que si le conducteur choisit une durée (par exemple deux jours ou une semaine), alors il va conserver la capacité étendue jusqu'à la charge qui suit la fin de la durée choisie. Le fait de n'autoriser le retour à la capacité nominale que lors d'une charge assure que le conducteur n'aura jamais la mauvaise surprise de perte d'autonomie pendant un roulage, même si la durée de libération qu'il a choisie est terminée. Ainsi, [Fig. 6] illustre un exemple d'interface homme-machine sur le smartphone ou la tablette 6 lorsque la libération d'énergie est en cours, affichant notamment Duree rcst En supp valant 1 journée, treize heures et 7 minutes. [0083] Le signal de sortie En max liberable envoyé au smartphonc ou à la tablette 6 est obtenu selon les équations suivantes : [0084] [Math.15] 0 si Flagid rhnrge 0; Enireelle 00/050C_New able) Ert_naax _liberuble = [0085] où [Math.] En _pas _liberable est un paramètre de réglage positif ou nul, qui représente la quantité d'énergie de la batterie 2, par rapport à sa capacité physique réelle, qu'on ne permet pas de libérer et où [Math.] En reelle _0% SOC New est un signal qui représente la quantité d'énergie physique dont dispose la batterie 2 lorsque le SOC après traitement (TdB SOC) vaut 0%. Il est obtenu de la façon décrite ci-dessus. 10