Brevet FR3092192A1 — publié le 20200731

Description Titre de l'invention : METHODE DE FABRICATION D'UN VEHICULE COMPRENANT UNE PHASE DE SELECTION D'UNE BATTERIE D'ACCUMULATEURS ELECTRIQUES X0001 La présente invention concerne de manière générale la gestion énergétique d'un véhicule, en particulier d'un véhicule automobile. Domaine technique 100021 Plus précisément, l'invention se rapporte à une phase de sélection d'une batterie d'accumulateurs électriques, parmi une pluralité de batteries d'un même type. Cette phase de sélection est typiquement entreprise lors de la fabrication ou de la configuration d'un véhicule, de préférence un véhicule de type automobile. 100031 La batterie d'accumulateurs électriques, plus simplement appelée batterie, constitue la seule réserve énergétique d'un véhicule automobile. La configuration de ce dernier varie énormément en fonction de son type et notamment du groupe motopropulseur, des équipements électriques montés de série et des équipements électriques additionnelles qu'il est possible de choisir en option. Pour pouvoir assurer les prestations électriques attendues du véhicule, l'ensemble de ces équipements doit pouvoir fonctionner dans différents scénarios d'utilisation contraignants pour la batterie. Par exemple. lorsque le véhicule a son moteur arrêté, l'utilisateur doit pouvoir utiliser certains équipements électriques, tels que phares. radio, chauffage, etc... durant une durée de 30 minutes avec pour seule ressource la batterie. Le choix d'une batterie adéquate passe par le dimensionnement énergétique de la batterie en fonction du besoin énergétique global du véhicule. Le calcul de cc besoin énergétique ne se réduit pas à faire la somme des courants électriques nominaux présents dans le véhicule pour une certaine configuration qui définit son équipement. En effet, les besoins électriques dépendent de nombreux paramètres ainsi que d'un retour d'expérience qui, typiquement, va permettre de montrer que certains équipements électriques (par exemple un lève-vitre) ne seront pas ou nettement moins utilisés si d'autres équipements sont en fonction (par exemple chauffage ou climatisation). De plus, certains équipements, tels qu'un moteur de climatiseur et un chauffage, ne seront pas utilisés de la même manière en fonction du climat et du pays dans lequel le véhicule est destiné à être utilisé. En considérant tous les facteurs et toutes les combinaisons possibles en termes de scénarios d'utilisation et d'équipements énergétiques, on se rend compte que la détermination du dimensionnement électrique des batteries devient un exercice très complexe. Une fois le dimensionnement idéal déterminé, il convient de passer à une phase de sélection de la batterie la plus appropriée qui puisse répondre aux besoins 2 énergétiques du véhicule en fonction des différents scénarios d'utilisation évoqués ci-dessus. Cette phase de sélection permet notamment d'effectuer une pré-affectation d'une batterie à un véhicule en fonction de différents paramètres. Technique antérieure [0004] 11 est connu dans l'art antérieur, notamment du document FR3011398B1 (brevet délivré), un procédé d'optimisation d'une architecture d'alimentation électrique hybride d'une charge, à savoir d'une alimentation comprenant plusieurs sources de stockage d'énergie, telle qu'une batterie associée à une pile à combustible par exemple. A partir d'une série de tests, un tel procédé définit un profil de mission et des sources de stockage qui sont chacune associées à un modèle de comportement. Le procédé détermine ensuite les couples de sources de stockage d'énergie qui sont aptes à générer le profil de mission et identifie le couple présentant une masse minimale. [0005] Lc document EP1796005B I divulgue un procédé de configuration d'un dispositif à partir d'une pluralité dc composants présentant chacun plusieurs alternatives possibles. Ce procédé inclut un processus itératif qui se termine lorsqu'une alternative est choisie pour chaque composant et que les alternatives choisies sont compatibles entre elles. [0006] D'autres systèmes sont basés sur des tableurs gérants, par l'intermédiaire de plusieurs dizaines dc feuilles ou d'onglets, des milliers de valeurs issues de normes et de règles à prendre en compte pour couvrir l'ensemble des possibilités offertes lors de la configuration d'un véhicule. [0007] Les principaux inconvénients dc ces solutions résident dans le fait qu'elles sont basées sur une multitude de données aux formats hétéroclites, que cc sont des solutions qui sont difficilement mises à jour et qu'il devient difficile de les faire évoluer par exemple pour pouvoir les adapter à de nouveaux scénarios d'utilisation ou de nouveaux équipements. Par conséquent, ces solutions sont difficilement exploitables, génèrent des résultats perfectibles dont la fiabilité est impactée et sont dans l'ensemble peu pérennes. Il existe donc un intérêt de trouver une solution plus adéquate qui permette, au moins en partie, de résoudre les inconvénients précités. Résumé de l'invention 100081 Dans ce but, la présente invention suggère une méthode de fabrication d'un véhicule comprenant une phase de sélection d'une batterie d'accumulateurs électriques parmi une pluralité de batteries d'un même type en fonction : 100091 - d'une pluralité de scénarios d'utilisation auxquels ledit véhicule peut être soumis, et 100101 - d'un besoin en énergie électrique dudit véhicule associé à chacun desdits scénarios d' utilisation, 100111 ladite phase de sélection comprenant les étapes suivantes : 100121 - obtention, pour chacune desdites batteries, d'une capacité électrique propre à ladite 3 batterie, [0013] - détermination, pour chacune desdites batteries et pour chacun desdits scénario d'utilisation, d'une réserve énergétique en soustrayant le besoin en énergie électrique dudit véhicule à ladite capacité électrique de la batterie, et [0014] - sélection de la batterie ayant, en valeur absolue, la plus faible réserve énergétique parmi lesdits scénarios d'utilisation. [0015] Avantageusement, la méthode précitée permet d'optimiser le processus de sélection de la batterie la plus appropriée parmi une gamme ou un ensemble de batteries disponibles, typiquement lors de la fabrication du véhicule. Cette méthode peut en outre être avantageusement basée sur des données adoptant un format uniformisé qui confère à cette méthode un caractère universel renforçant sa pérennité. En effet, cette méthode demeure applicable quelles que soient les évolutions des besoins énergétiques des véhicules et s'adapte à la modularité des équipements ou organes consommateurs du véhicule définis lors de sa configuration. Cette méthode s'adapte encore aisément aux modifications de normes du métier ainsi qu'à l'ajout de nouveaux scénarios d'utilisation et/ou de nouvelles batteries. Cette méthode permet également d'automatiser le processus de sélection de la batterie la plus adéquate, et contribue à réduire les temps de développement, de fabrication et/ou de montage du véhicule. Cette automatisation permet également de minimiser voire supprimer tout risque d'erreur ou toute possibilité de dérive en cours de production. [0016] Selon un mode de réalisation préféré, la batterie sélectionnée présente en outre une réserve énergétique positive pour chacun des scénarios d'utilisation. [0017] Selon un mode de réalisation, le besoin en énergie électrique du véhicule est préa- lablement corrigé d'un facteur correctif, pour la détermination de la réserve énergétique, en multipliant la capacité électrique de la batterie par le facteur correctif susmentionné. Dans un mode de réalisation, ce facteur correctif est déterminé sur la base d'une autodécharge de la batterie et d'une différence entre un état de charge maximum de la batterie et un état de charge minimum de cette même batterie. [0018] Dans un mode de réalisation, la phase de sélection est en outre entreprise en fonction d'au moins une caractéristique électrique relative à un groupe motopropulseur associé audit véhicule, et en ce que la batterie sélectionnée possède en outre une capacité électrique qui satisfait la caractéristique électrique de ce groupe motopropulseur. [0019] Selon un mode de réalisation, la pluralité de scénarios d'utilisation et le besoin en énergie électrique du véhicule associé à chacun des scénarios d'utilisation sont obtenus à partir d'un vecteur de dimensionnement énergétique préalablement déterminé pour une batterie d'accumulateurs électriques optimisée pour le véhicule. Avantageusement, un tel vecteur de dimensionnement énergétique constitue un ensemble de données pouvant être imagé par un calque aisément échangeable par un autre calque ou ensemble de données de même format ou de format similaire. Les données de ce calque ou de cet ensemble peuvent alors aisément être manipulées pour être sélectionnées et prises en compte dans des opérations ultérieures. [0020] Dans un mode de réalisation, la détermination de la réserve énergétique de chaque scénario d'utilisation est soumise à une pondération appliquée en fonction de ce scénario d'utilisation. [0021] Dans un autre mode de réalisation, la méthode comporte en outre une étape de montage de la batterie sélectionnée sur le véhicule. Avantageusement, la solution de la présente invention permet de prévenir l'installation de batteries surditnensionnées dans tout véhicule. Ainsi, en équipant le véhicule d'une batterie optimisée aux justes besoins du véhicule, la solution de la présente invention contribue à réduire le poids fixe du véhicule au même titre que le recours à de nouveaux matériaux visant à alléger la structure du véhicule pour obtenir un gain sur le poids du véhicule. A l'échelle de la durée de vie d'une batterie, cela permet d'économiser une part non négligeable de carburant et de contribuer à la préservation de l'environnement. [0022] L'invention concerne également une méthode mise en oeuvre par ordinateur comprenant les étapes et caractéristiques selon l'un quelconque des modes de réalisation suggérés dans la présente description. [0023] Dans un autre aspect, l'invention concerne également un dispositif de traitement de données comprenant un processeur adapté à la méthode mise en oeuvre par ordinateur. [0024] L'invention a aussi pour objet un programme d'ordinateur comprenant des ins- tructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre la méthode précitée mise en oeuvre par ordinateur. [0025] Enfin, l'objet de l'invention porte également sur un support lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre la méthode précitée mise en oeuvre par ordinateur. Brève description des dessins [0026] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui va suivre et qui présente différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les figures annexées dans lesquelles : [0027] [fig.]] représente, sous une forme schématique, les principaux éléments spécifiques au véhicule de la méthode selon la présente invention ; [0028] [fig.2] représente, sous une forme schématique, les principales étapes de la méthode de la présente invention. Description des modes de réalisation [0029] En référence à la figure 1, celle-ci représente les principaux éléments et facteurs spé- cifiques au véhicule 2 intervenant dans la méthode de la présent invention. Ce véhicule est de préférence un véhicule automobile qui est illustré dans cette figure par une vue de dessus. Il comprend notamment une batterie 1 d'accumulateurs électriques ainsi qu'une pluralité d'organes consommateurs 3, tels qu'un moteur, des phares ou un lève-vitre. Bien entendu, une multitude d'autres organes consommateurs 3 sont à prendre en considération mais n'ont pas été énumérés ici vu qu'ils ne permettent pas une meilleure compréhension de l'invention. On remarquera que les organes consommateurs sont essentiellement des organes électriques. Cependant, certains organes consommateurs du groupe motopropulseur notamment, tel que le moteur ou la boîte à vitesses, peuvent ne pas être de type électrique niais sont néanmoins pris en compte dans le calcul global des besoins énergétiques du véhicule en raison de l'impact qu'ils peuvent avoir sur d'autres organes consommateurs. [0030] L'ensemble des organes consommateurs qui équiperont un véhicule est connu lors de la configuration de ce véhicule. Cette configuration, illustrée par le numéro de référence 5 dans la figure I, vise typiquement à définir quel type de motorisation sera utilisé, quels sont les équipements ou organes montés de série et quels sont les options dont on peut bénéficier sur cc véhicule. [0031] Une pluralité de scénarios d'utilisation auxquels le véhicule peut être soumis est à considérer. Dans les figures annexées, ces scénarios d'utilisation sont identifiés par les signes référence SI à Sn. Comme exemple de scénario d'utilisation on citera la première prise en main du véhicule par le client. Dans ce scénario, le client voudra tester les équipements de son véhicule, tels que radio, système de navigation, lève-vitre électrique, siège-chauffant, etc... D'une manière naturelle, la découverte des équipements du véhicule va se faire moteur arrêté. Par conséquent, ce scénario d'utilisation impose que la batterie I puisse supporter la consommation de différents équipements, par exemple durant 30 minutes, sans être rechargée par l'alternateur du véhicule. Dans un autre scénario, on citera par exemple que les feux de route et le système audio du véhicule doivent pouvoir fonctionner, moteur arrêté, durant un certain temps. Les genres de scénarios d'utilisation contraignants pour la batterie sont typiquement issus de retours d'expériences sur des situations vécues. Le nombre et les genres de scénarios d'utilisation à considérer ne sont pas limitatifs et sont susceptibles d'évoluer. [0032] A chaque scénario d'utilisation (S1 à Sn) du véhicule 2 est associé un besoin en énergie électrique E de ce véhicule. Le besoin en énergie électrique correspond à une 6 valeur qui est schématiquement représentées par le symbole % dans le tableau ou calque qui regroupe l'ensemble des scénarios d'utilisation. Les valeurs notées par le symbole % ont typiquement comme unité l'ampère-heure [Ah] et sont de préférence préalablement obtenues au moyen d'un processus annexe de détermination des besoins en énergie électrique du véhicule en fonction de sa configuration 5 et des différents scénarios d'utilisation S1-Sn. De préférence, seuls les résultats de cc processus annexe sont utilisés comme première données d'entrée dans la méthode de la présente invention. Avantageusement, l'ensemble de ces valeurs % peuvent constituer un vecteur de dimensionner-rient Vd énergétique de la batterie 1 du véhicule 2. Ce vecteur peut être considéré comme une matrice colonne, à savoir une matrice ne comportant qu'une colonne et n lignes. Dans un arrangement différent de ces données, on pourrait également envisager une matrice ligne, à savoir une matrice ne comportant qu'une ligne et n colonnes. Avantageusement, l'arrangement particulier de cc tableau de valeurs % sous forme de vecteur Vd permet d'être en accord avec un arrangement similaire imposé notamment dans le processus annexe de détermination des besoins en énergie électrique du véhicule. On obtient donc une cohérence des données entre différents processus qui assure une parfaite compatibilité des informations qu'elles renferment. De plus, la cohérence de ces données représentées sous la forme de calques, matrices ou vecteurs, confère des formats uniformisés qui avantageusement autorisent la pratique de calculs arithmétiques et matriciels. [0033] En référence à la figure 2 vont être décrites les principales étapes de la méthode selon la présente invention. En haut de cette figure se trouve une pluralité de batteries 1 de même type, à savoir de batterie d'accumulateurs électriques. Sur la figure 2, huit batteries 1 sont présentées comme exemple, mais on comprendra qu'un nombre différent de batteries pourrait bien entendu être considéré. A chacune de ces batteries 1 est associée une capacité électrique Q, si bien que huit capacités électriques sont représentées par les notations Qi à Q8. Ces capacités électriques, en association avec chacune des batteries 1 correspondantes, peuvent être stockées dans une base de données DB, de préférence une base de données centralisée, comme schématisé sur la figure 2. [0034] Sur cette figure, on y retrouve la pluralité de scénarios d'utilisation Si à Sn, auxquels le véhicule 2 peut être soumis, ainsi qu'un besoin en énergie électrique E, typiquement un besoin global en ampère-heure [Ah], de ce véhicule pour chacun des scénarios d'utilisation. De préférence, ces données sont contenues dans un vecteur de dimensionnement Vd, lequel vecteur a pu être déterminé préalablement par un procédé annexe. Les valeurs notées par le symbole % et qui sont référencées pour chaque scénario d'utilisation S1 à Sn constituent les premières données d'entrée de la phase P de sélection d'une batterie 1 parmi la pluralité de batteries 1 référencées dans la base 7 de données DB, à savoir parmi la gamme de batteries 1 disponibles. [0035] La première étape de la phase P de sélection vise à obtenir, pour chacune des batteries 1, ici de la hase de données DB, la capacité électrique Q qui lui est propre. Cette obtention peut se faire par interrogation de la hase de données et importation des capacités Q1 à Q8 depuis cette dernière dans le processus que représente la phase P de sélection. [0036] La seconde étape de cette phase vise à déterminer, pour chacune desdites batteries 1 et pour chacun des scénarios d'utilisation S1 à Sn, une réserve énergétique R en soustrayant le besoin en énergie électrique E du véhicule 2 à la capacité électrique Q de la batterie 1. Cette opération est indiquée dans le bloc de calcul C qui peut être matérialisé par une unité de calcul tel qu'un processeur par exemple. Cette seconde étape est en outre schématisée par des fiches F dans lesquels chacune d'elles représente un des scénarios d'utilisation S1 à Sn. Pour chacun de ces scénarios d'utilisation et pour chacune des batteries 1 de la hase de données DB, une réserve énergétique R a été déterminée à partir de la capacité électrique Q propre à chaque batterie et du besoin en énergie électrique E (valeur notée %) associé à chaque scénario d'utilisation. Ainsi, conformément à l'exemple de la figure 2, chaque fiche F comporte huit réserves d'énergie électrique, notées R1 à R8, qui correspondent respectivement aux réserves que présenteraient les huit batteries de capacités électriques Q1 à Q8 pour un besoin en énergie électrique E du véhicule 2 dans un des scénarios d'utilisation S1 à Sn. [0037] La troisième étape de cette phase P a pour but de sélectionner la batterie 1 ayant, en valeur absolue, la plus faible réserve énergétique parmi l'ensemble des scénarios d'utilisation S1 à Sn. Dans l'exemple illustré à la figure 2, c'est la sixième batterie 1 qui, pour le scénario Sn, présente une réserve R6 la plus faible en valeur absolue parmi toutes les réserves calculées, à savoir tous scénarios d'utilisation confondus. Par conséquent, dans cette exemple c'est la sixième batterie 1 qui sera la batterie sélectionnée car c'est elle qui présente la réserve énergétique (R6) la plus proche de zéro (ou égale à zéro). Il est à noter que, par expérience ou par hypothèse, les différents scénarios d'utilisation considérés sont d'importances équivalentes ou relativement équivalentes. De ce fait, le choix d'un scénario par rapport à un autre ne constitue pas un critère prépondérant. De plus, il a été constaté que si la réserve (par exemple R6) d'un certain scénario d'utilisation (par exemple Sn) est la plus proche de zéro (ou égale à zéro), alors les autres réserves R1-R5 et R7-R8 de ce même scénario (Sn) seront également proche de zéro (voire nulles). [0038] Dans un mode de réalisation préféré, la batterie 1 sélectionnée présente en outre une réserve énergétique R positive pour chacun des scénarios utilisation SI à Sn. Ce critère de sélection supplémentaire vise à écarter toute batterie 1, parmi la pluralité de batteries 1 illustrées dans la base de données DB, présentant une réserve négative sur 8 au moins l'un des scénarios d'utilisation. Ce critère de sélection additionnel permet donc d'éliminer d'office toute batterie n'ayant pas une réserve énergétique suffisante sur au moins l'un des scénarios d'utilisation, ce qui en d'autres termes permet de garantir que la batterie sélectionnée possède une capacité électrique suffisante quel que soit le scénario d'utilisation. [0039] Dans un mode de réalisation, le besoin en énergie électrique E du véhicule 2 est préa- lablement corrigé d'un facteur correctif pour la détermination de la réserve énergétique ou lors de cette détermination. Cette correction peut être obtenue par exemple en multipliant la capacité électrique Q de la batterie 1 par le facteur correctif. Ce dernier peut tenir compte notamment de la capacité équivalente maximum de la batterie qui peut être déterminée par différence entre l'état de charge maximum (SOC',,,) et l'état de charge minimum (SOC''') de la batterie, états de charge typiquement exprimés en pourcent. Ce facteur correctif peut également tenir compte de l'autodécharge de la batterie (valeur également exprimée en pourcent), notamment pour des situations de stockage (parc durant 5 mois par exemple) et de stationnement (durant 30 jours par exemple). Par mesure de simplification, l'autodécharge peut être considérée comme nulle en deçà de la durée de stockage ou de stationnement et autrement peut être déterminée sur la hase du courant de fuite de la batterie. De manière générique, on citera que le facteur correctif peut être déterminé sur la base d'une autodécharge de la batterie et d'une différence entre un état de charge maximum de la batterie et un état de charge minimum de celle-ci. [0040] Dans un mode de réalisation, la phase P de sélection peut être en outre entreprise en fonction d'au moins une caractéristique électrique relative à un groupe motopropulseur (GMP) associé au véhicule 2. De cette manière, il pourrait être possible de s'assurer que la batterie 1 sélectionnée possède en outre une capacité électrique Q qui satisfait la caractéristique électrique du groupe motopropulseur. Cette caractéristique peut typiquement se référer à une quantité d'énergie minimale requise pour pouvoir assurer le démarrage du moteur du véhicule. Cette caractéristique ou quantité d'énergie minimale peut ainsi faire l'objet d'un critère additionnel de sélection par exemple. [0041] Comme illustré sur la figure 2, la pluralité de scénarios d'utilisation S1-Sn et le besoin (global) en énergie électrique du véhicule 2 associé à chacun de ces scénarios d'utilisation sont de préférence obtenus à partir du vecteur de dimensionnement Vd énergétique. Ce dernier ayant pu être préalablement déterminé pour une batterie 1 d'accumulateurs électriques optimisée pour le véhicule 2, typiquement en fonction de sa configuration 5. [0042] Dans un mode de réalisation, la détermination de la réserve énergétique R de chaque scénario d'utilisation pourrait en outre être soumise à une pondération appliquée en fonction du scénario d'utilisation. Cette variante permettrait par exemple d'accroître le 9 nombre de scénarios d'utilisation, pour obtenir une granularité encore plus fine des conditions d'utilisation dans lesquelles le véhicule pourrait être soumis, tout en tenant compte de l'importance relative que présenteraient alors ces scénarios d'utilisation l'un par rapport à l'autre. [0043] Dans un autre mode de réalisation, la méthode pourrait en outre comporter une étape de montage de la batterie 1 sélectionnée sur le véhicule. En variante, la méthode de la présente invention pourrait être utilisée comme pré-affectation d'une batterie à un véhicule en fonction des besoins en énergie électrique de ce véhicule pour différents scénarios d'utilisation. Cette pré-affectation pourrait être confirmée par une phase ultérieure d'affectation dans laquelle les données relatives aux besoins en énergie électrique du véhicule seraient basées sur un bilan énergétique dit dynamique au lieu d'un bilan énergétique dit statique comme c'est typiquement le cas pour les données du vecteur de dimensionner-rient Vd. A noter que le bilan énergétique statique est basé sur un cycle de roulage urbain moyenne, alors que le bilan énergétique dynamique se base sur un cycle encore plus proche de la réalité. [0044] L'invention porte également sur une méthode mise en oeuvre par ordinateur comprenant les étapes de la méthode présentée dans cette description selon l'un quelconque de ses modes de réalisation. [0045] Un autre objet de l'invention porte sur un dispositif de traitement de données comprenant un processeur adapté à la méthode mise en oeuvre par ordinateur. [0046] L'invention porte également sur un programme d'ordinateur comprenant des ins- tructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre la méthode mise en oeuvre par ordinateur. [0047] Dans un dernier aspect, l'invention porte encore sur un support lisible par ordinateur et comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre la méthode mise en oeuvre par ordinateur. [0048] Avantageusement, la présente invention permet de s'adapter à toute nouvelle technologie impactant des profils de mission. Cette invention permet également d'effectuer aisément des calculs dans de nouvelles conditions d'utilisation quelle que soit l'évolution de normes ou de facteurs d'utilisation. Avantageusement encore, l'invention permet d'obtenir une optimisation du poids du véhicule en sélectionnant la batterie la plus adéquate, à savoir celle qui présente des caractéristiques qui se rapprochent au plus près des besoins énergétiques électriques réels du véhicule. Cette optimisation peut se faire en un temps de traitement court ce qui permet de bénéficier d'un gain de temps significatif. De plus, l'invention apporte une solution efficace en termes de robustesse, fiabilité et de coût de production. [0049] Bien que les objets de la présente invention aient été décrits en référence à des exemples spécifiques, diverses modifications et/ou améliorations évidentes pourraient être apportées aux modes de réalisation décrits sans s'écarter de l'esprit et de l'étendue de l'invention. 11 [Revendication I] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6]