Brevet FR3097085A1 — publié le 20201211

Description Titre de l'invention : PROCEDE DE COMMANDE D'UN SYSTEME ELECTRIQUE DE VEHICULE POUR L'ALIMENTATION D'UN RESEAU DE BORD [0001] Ec domaine de l'invention concerne un procédé de commande d'un système électrique de véhicule automobile pour alimenter un réseau de bord du véhicule. [0002] Typiquement, un véhicule automobile comporte un système électrique comprenant un réseau de bord constitué d'équipements électriques et électroniques. Ce réseau peut être généralement alimenté en énergie électiique par un convertisseur de tension (continu/continu par exemple), par un stockeur d'énergie électiique, tel une batterie ou un supercondensateur ou bien encore par un générateur électrique. [0003] Une architecture électrique connue de véhicule automobile comprend un convertisseur de tension apte à fournir de l'énergie électrique et relié électriquement au réseau de bord, ainsi qu'un premier ensemble d'alimentation comprenant une batterie principale (12V par exemple), un générateur d'énergie électrique (générateur, ou alterno-démarreur) relié électriquement à la batterie et un interrupteur apte à connecter sélectivement ce premier ensemble d'alimentation au réseau de bord. Il peut être prévu un second ensemble d'alimentation comportant une batterie auxiliaire (12V par exemple) et un second interrupteur apte à connecter sélectivement ce second ensemble d'alimentation au réseau de bord. Une unité de commande du véhicule est configurée pour piloter le ou chaque interrupteur et chaque générateur d'énergie afin d'assurer la stabilité de tension du réseau de bord. [0004] En particulier, lors d'une procédure de démarrage d'un moteur thermique du véhicule, l'interrupteur permet d'isoler électriquement le démarreur du réseau de bord pour éviter une chute de tension sur le réseau de bord du fait de l'importante demande d'énergie pour cette procédure. Une chute de tension peut provoquer un arrêt ou une réinitialisation intempestive des équipements électroniques. Pour éviter cela, l'unité de commande est alors configurée selon deux phases. [0005] Lors d'une première phase hors d'une procédure de démarrage du moteur thermique, l'interrupteur est fermé. Le générateur principal d'énergie électrique du système électrique est le convertisseur de tension qui fournit à la fois l'énergie électrique au réseau de bord et recharge si besoin les batteries. [0006] Lors d'une deuxième phase durant une procédure de redémarrage du moteur, le moteur thermique est redémarré grâce à un démarreur (ou alterno-démarreur) alimenté par la batterie du premier ensemble d'alimentation. L'interrupteur est. ouvert de sorte que l'ensemble d'alimentation se trouve isolé des autres organes électriques par 2 l'interrupteur. Ainsi la chute de tension générée par le démarreur ne se propage pas sur le reste du réseau de bord. Le cas échéant, l'interrupteur du second ensemble d'alimentation est fermé. Le réseau de bord est alors alimenté par le convertisseur de tension et la batterie auxiliaire. [0007] Cependant, lors de la transition de reconnexion du premier ensemble d'alimentation, de la deuxième phase vers la première phase, la reconnexion de la batterie sur le réseau de bord peut provoquer une chute de tension sur le réseau de bord. [0008] En effet, lors de la deuxième phase le courant de la batterie principale est presque nul car une fois le redémarrage finalisé il n'y a plus de consommation électrique sur la batterie principale. La tension de la batterie principale est environ de 13V pour des conditions de température d'environ 20°C et un état de charge d'environ 80% de la capacité totale. Du côté du réseau de bord, le convertisseur de tension est piloté pour imposer une tension de régulation d'environ 14.5V et fournit un courant de 100A qui correspond à la consommation électrique du réseau de bord. [0009] Lors de la reconnexion de la batterie principale sur le réseau de bord, la fermeture de l'interrupteur génère un appel de courant provoqué par la batterie principale. En effet, Le convertisseur de tension impose une tension supérieur à celle de la batterie, une tension proche de 14V, et cette dernière se met donc à se charger. L'appel de courant de la batterie avoisine les 150A, ce qui se traduit par une chute de tension sur le réseau de bord à 13V. [0010] On connait de l'état de la technique le document FR2996692A1 décrivant un procédé de gestion électrique consistant à empêcher une chute de tension lors de la désactivation d'un convertisseur de tension. Selon ce procédé, une fois que le générateur est connecté au réseau de bord, ce dernier ou le convertisseur de tension, est piloté pour que le générateur fournisse progressivement une tension supérieure à celle du convertisseur avant sa désactivation. Néanmoins, le système électrique présenté dans ce document n'enseigne aucune solution technique pour résoudre le problème de chute de tension pour la reconnexion de la batterie principale à un réseau de bord configuré pour rester alimenté par le convertisseur de tension. [0011] 11 existe donc un besoin de proposer un procédé de commande d'un système électrique amélioré permettant de palier les problèmes précités. En particulier, l'invention cherche à stabiliser la tension électrique du réseau de bord lors de la reconnexion d'une batterie suite à une procédure de redémarrage. [0012] Plus précisément, l'invention concerne un procédé de commande d'un système électrique de véhicule automobile, le système comprenant un réseau de bord constitué d'équipements électriques, un convertisseur de tension relié électriquement au réseau de bord, un ensemble d'alimentation comprenant un stockeur d'énergie électrique, un générateur d'énergie électrique relié électriquement audit stockeur et un interrupteur 3 apte à connecter sélectivement l'ensemble d'alimentation au réseau de bord, le procédé comprenant les étapes suivantes : [0013] - l'alimentation du réseau de bord par une première tension fournie par le convertisseur de tension, [0014] - l'ouverture de l'interrupteur pour déconnecter électriquement l'ensemble d'alimentation du réseau de bord. [0015] Selon l'invention, le procédé comporte en outre les étapes successives suivantes : [0016] - préalablement à une reconnexion de l'ensemble d'alimentation au réseau de bord, la commande du générateur pour fournir une deuxième tension au stockcur pour atteindre un seuil de tension supérieur à la tension dudit stockcur, [0017] - lorsque la deuxième tension atteint le seuil de tension, la reconnexion de l'ensemble d'alimentation au réseau de bord en fermant l'interrupteur, [0018] - la commande du générateur pour désactiver l'alimentation dudit stockeur par la deuxième tension. [0019] Selon une variante, le seuil de tension est inférieur ou égal à la tension du convertisseur. [0020] Selon une variante, le seuil de tension est supérieur à la tension du convertisseur. [0021] Selon une variante, le procédé comporte en outre, lorsque l'ensemble d'alimentation est déconnecté du réseau de bord, l'alimentation du générateur par le stockcur électrique, le pilotage du générateur en mode démarreur et la commande d'une procédure de démarrage d'un moteur thermique du véhicule par ledit générateur piloté en mode démarreur. [0022] Selon une variante, le procédé comporte en outre, lorsque l'ensemble d'alimentation est déconnecté du réseau de bord, l'alimentation d'un démarreur du véhicule par le stockeur d'énergie et la commande d'une procédure de démarrage d'un moteur thermique du véhicule par le démarreur. [0023] Selon une variante, la commande du générateur pour fournir la deuxième tension au stockeur est déclenchée en cas de détection de la fin de la procédure de démarrage du moteur thermique. [0024] Selon une variante, le générateur est entrainé en rotation par le moteur thermique pour fournir la deuxième tension. [0025] Selon une variante, le procédé comporte en outre, lorsque l'ensemble d'alimentation est déconnecté du réseau de bord, l'alimentation d'un stockeur d'énergie auxiliaire par le convertisseur de tension. [0026] Selon une variante, lors de la commande du générateur pour fournir la deuxième tension au stockeur, la deuxième tension augmente progressivement d'une valeur de régulation de tension initiale jusqu'au seuil de tension. [0027] Selon une variante, le convertisseur de tension est commandé de sorte que la première tension reste constante entre l'étape d'ouverture de l'interrupteur pour déconnecter le système d'alimentation et l'étape de la commande du générateur pour désactiver l'alimentation du stockeur par la deuxième tension. [0028] L'invention concerne un produit programme-ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par une unité de commande du véhicule, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre l'un quelconque des modes de réalisation du procédé de commande du système électrique. [0029] L'invention évite une chute de tension lors de la rcconnexion de la batterie principale suite à une procédure de redémarrage du moteur thermique. Le procédé améliore la stabilité de la tension électrique et évite des réinitialisations intempestives des équipements électroniques du système électrique du véhicule. [0030] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : [0031] [fig.1] représente un système électrique configure pour mettre en oeuvre le procédé de commande selon l'invention permettant de stabiliser la tension du réseau dc bord lors de la reconnexion de la batterie principale. [0032] [fig.2À] représente le signal d'état de commande de l'interrupteur et les consignes de régulation de tension du convertisseur et du générateur pilotés par le procédé selon l'invention conformément à un premier mode de réalisation. [0033] [fig.213] représente le signal d'état de commande de l'interrupteur et les consignes de régulation de tension du convertisseur et du générateur pilotés par le procédé selon l'invention conformément à un deuxième mode de réalisation. [0034] Le procédé de commande d'un système électrique de véhicule selon l'invention concerne dans un mode de réalisation préférentiel, le système électrique d'un véhicule hybride équipé d'un moteur thermique et d'un système électrique pouvant être alimenté principalement à partir d'énergie électrique générée par une machine électrique de traction et/ou une batterie de traction par l'intermédiaire d'un convertisseur de tension. [0035] La figure 1 représente un système électrique 100 de véhicule automobile comportant un réseau de bord 20 constitué d'une boite de fusibles 8 et d'équipements électriques et électroniques 9 et 10, un convertisseur de tension continu/continu 6 relié électriquement au réseau de bord 20, un premier ensemble d'alimentation 30 comprenant un stockeur d'énergie électrique 1, ici une batterie 12V, un générateur d'énergie électrique 2 relié électriquement à la batterie 1 et un interrupteur 3 apte à connecter sélectivement l'ensemble d'alimentation 30 au réseau de bord 20. [0036] Plus précisément, le convertisseur de tension 6 est relié électriquement d'un côté au réseau de bord 20 et d'un autre côté à un réseau électrique dit de basse tension (400V par exemple) et est apte à transformer une tension du réseau électrique 7, générée par une batterie de traction et/ou une machine électrique de traction du véhicule en une tension pour le fonctionnement du réseau de bord, alimenté par exemple à une tension de 14,5V. Le convertisseur 6 assure la fonction de générateur électrique principal du réseau de bord 20. D'autres niveaux de tension du réseau de bord 20 sont envisageables, par exemple 48V. [0037] Le générateur d'énergie électrique 2 est connecté d'une part à la borne positive de la batterie 1 et d'autre part à la masse du véhicule et est apte à fournir de l'énergie électrique à la batterie 1. De plus, dans cet exemple, le générateur 2 est un alterne-démarreur ayant également la fonction de démarreur du moteur thermique. L'alterne-démarreur est relié mécaniquement au vilebrequin du moteur thermique et est apte à rentrainer en rotation lors d'une procédure de démarrage. Dans une variante, le générateur 2 assure uniquement la fonction de générateur d'énergie, et un démarreur dédié additionnel est relié et alimenté électriquement par la batterie 1 pour opérer la procédure de démarrage. [0038] L'interrupteur 3 est connecté électriquement à la borne positive de la batterie 1 et est apte à connecter/déconnecter le premier ensemble d'alimentation 30 au réseau de bord 20, notamment lors d'une procédure de redémarrage du moteur thermique. L'interrupteur 3 peut être un transistor, un relais électromécanique ou une diode. [0039] Le système électrique 100 prévoit également un deuxième ensemble d'alimentation 40 comportant un stockeur d'énergie 4, ici une batterie auxiliaire de tension 12V, dont la borne positive est reliée au réseau de bord 20 via un interrupteur 5. L'interrupteur 5 peut être un transistor, un relais électromécanique ou une diode. La batterie auxiliaire 4 est apte à fournir de l'énergie électrique au réseau de bord 20 au besoin. [0040] Une unité de commande du véhicule, non représentée en figure 1, est apte à mesurer la tension de la batterie principale 1, de la batterie secondaire 4, du générateur 2, du convertisseur 6, du réseau de bord 20 et à piloter une consigne de régulation de tension du générateur 2, du convertisseur 6 et l'état d'ouverture/fermeture des interrupteurs 3 et 5 pour la mise en oeuvre du procédé de commande en fonction des niveaux de tension du système électrique 100. [0041] Plus précisément, le générateur 2 est apte à être piloté en mode de production d'énergie lorsqu'il est entrainé par le moteur thermique en fonction d'une consigne de tension et d'imposer une tension à la batterie 1 pour la charger. Dans le cadre de l'invention, le générateur est piloté temporairement en production d'énergie pour opérer la reconnexion de l'ensemble d'alimentation 30 au réseau de bord à la suite d'une opération de redémarrage du moteur thermique. [0042] Le convertisseur 6 est apte à être piloté par l'unité de commande en fonction d'une 6 consigne de tension, ici pour fournir la tension principale d'alimentation du réseau de bord. La tension du convertisseur, environ 14,5V est constante durant toute la durée du procédé de commande selon l'invention. [0043] Comme indiqué plus haut, l'invention propose notamment de mettre en oeuvre au sein du véhicule, un procédé destiné à générer temporairement aux bornes de la batterie principale 1 une tension supérieure à la batterie, ici de préférence environ I4,5V, pour éviter une chute de tension lors de la reconnexion de la batterie au réseau de bord. [0044] Cette mise en oeuvre peut se faire au moyen d'une unité de commande qui peut être installée dans un calculateur du véhicule (calculateur du moteur thermique, ou un superviseur par exemple). Mais cela n'est pas obligatoire. En effet, il pourrait être externe audit calculateur, tout en étant couplé à ce dernier. Dans ce dernier cas, il peut être lui-même agencé sous la forme d'un calculateur dédié comprenant un éventuel programme dédié, par exemple. Par conséquent, une unité de commande, selon l'invention, peut être réalisée sous la forme de modules logiciels (ou informatiques (ou encore « software »)), ou bien de circuits électroniques (ou « hardware »), ou encore d'une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels. [0045] En figure 2A, on a représenté l'état des signaux de commande pilotés par le procédé de commande, en particulier en graphique supérieur l'état ST _3 de la commande d'ouverture et fermeture de l'interrupteur 3, symboliquement 0 pour un état d'ouverture et 1 pour un état de fermeture et en graphique inférieur la consigne de régulation de tension CS_VA du convertisseur de tension à une valeur V1 constante tout au long de l'exécution du procédé, et la consigne de régulation de tension CS_VB du générateur entre une valeur V2 (par exemple 10,5V) commandant un état de désactivation du générateur, et une valeur V3 (par exemple 14,5V) commandant un état de production d'énergie électrique. [0046] Plus précisément, la valeur V3 est un seuil de tension déclenchant la fermeture de l'interrupteur 3. La valeur V3 est supérieure à une tension de la batterie, ici environ 13V, par exemple en condition de température de 20°C et pour un état de charge de 80% de la capacité nominale. De préférence, la valeur du seuil de tension V3 est inférieure ou égale à la valeur VI de la tension CS_VA du convertisseur de tension. Ainsi, le convertisseur 6 continue d'imposer sa tension au réseau de bord 20 lors de la reconnexion de l'ensemble d'alimentation 30. [0047] Avant tl, conformément au procédé, l'unité de commande du véhicule commande l'alimentation du réseau de bord à une tension VI de I4,5V fournie par le convertisseur de tension et l'ouverture de l'interrupteur pour déconnecter électriquement l'ensemble d'alimentation du réseau de bord. Cette situation correspond dans ce cas d'application, à un instant suivant le démarrage du moteur thermique. Le 7 moteur thermique est tournant et apte à cntrainer le générateur, alors en état de désactivation. [0048] A l'instant tl, le générateur 2 est entrainé en rotation par le moteur thermique pour fournir la deuxième tension CS VB pour produire de l'énergie électrique et fournir une tension supérieure la tension de la batterie 1. [0049] A l'instant t], la consigne de tension CS VB augmente progressivement de la valeur V2 jusqu'à atteindre la valeur V3 de seuil de tension préalablement à l'instant t2. Quand CS VB est égale à la valeur V3, la batterie est polarisée à la tension V3 de manière à éviter une chute de tension lors de la reconnexion de l'ensemble d'alimentation au réseau de bord. [0050] Lorsque l'unité de commande détecte à l'instant t2 que la tension CS VB est égale à la valeur du seuil de tension VI l'interrupteur est piloté dans un état de fermeture. Il n'y a alors pas de chute de tension conséquente sur le réseau de bord, seulement une variation de 0,1V. [0051] Puis, une fois que la tension du réseau de bord est stabilisée à sa consigne de ré- gulation de tension, le générateur est commandé pour désactiver l'alimentation de la batterie 1 par la tension CS VB. La consigne de régulation CS VB est piloté à la valeur V2, ici d'environ 10,5V. On déleste ainsi le moteur thermique du couple résistif nécessaire pour la tension CS VB. [0052] Après t2, le convertisseur 6 continue d'alimenter le réseau de bord 20 et recharge au besoin la batterie 1 et la batterie 4. [0053] En variante, comme représenté en figure 2B, il est envisageable que le seuil de tension ait une valeur V4 supérieure à VI si le générateur est apte à supporter temporairement et de manière fiable la consommation électrique du réseau de bord. Dans ce cas-ci, le générateur impose sa tension au réseau de bord lors de la reconnexion de l'ensemble d'alimentation, autour de l'instant t2, pour ensuite être désactivé progressivement de manière à imposer de nouveau la tension VI du convertisseur. [0054] De préférence, le procédé s'applique à la suite du redémarrage du moteur thermique durant lequel on a isolé électriquement le réseau de bord du démineur et de la batterie T. Plus précisément, pendant l'ouverture de l'interrupteur, l'unité de commande pilote l'alimentation du générateur 2 par la batterie 1, le pilotage du générateur 2 (dans ce cas-ci ici altemo-démarreur) en mode démarreur et la commande d'une procédure de démarrage d'un moteur thermique du véhicule par l'alterno-démarreur. En variante, pendant l'ouverture de l'interrupteur, l'unité de commande pilote l'alimentation d'un démarreur du véhicule par la batterie 1 et ensuite la commande d'une procédure de démarrage du moteur thermique du véhicule par ledit démarreur. Le générateur 2 est alors un organe séparé du démarreur, mais également alimenté par la batterie 1. [0055] Ensuite, la reconnexion de la batterie 1 au réseau de bord se fait conformément au 8 procédé. En particulier, le procédé prévoit que la commande du générateur 2 pour fournir la deuxième tension CS VB à la batterie 1 est déclenchée en cas de détection de la fin de la procédure de démarrage du moteur thermique. 9 [Revendication 1] REVENDICATIONSProcédé dc commande d'un système électrique (100) de véhicule automobile, le système (100) comprenant un réseau de bord (20) constitué d'équipements électriques (8.9, 10), un convertisseur de tension (6) relié électriquement au réseau de bord (20), un ensemble d'alimentation (30) comprenant un stockeur d'énergie électrique (1), un générateur d'énergie électrique (2) relié électriquement audit stockeur (1) et un interrupteur (3) apte à connecter sélectivement l'ensemble d'alimentation (30) au réseau de bord (20), le procédé comprenant les étapes suivantes : F alimentation du réseau de bord (20) par une première tension (CS_VA) fournie par le convertisseur de tension (6), l'ouverture de l'inten-upteur (3) pour déconnecter électriquement l'ensemble d'alimentation (30) du réseau de bord (20), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes successives suivantes: préalablement à une reconnexion de l'ensemble d'alimentation (30) au réseau de bord (20), la commande du générateur (2) pour fournir une deuxième tension (CS_VB) au stockeur (1) pour atteindre un seuil de tension (V3) supérieur à la tension dudit stockeur (1), lorsque la deuxième tension (CS_VB) atteint le seuil de tension (V3), la reconnexion de l'ensemble d'alimentation (30) au réseau de bord (20) en fermant l'interrupteur (3), la commande du générateur (2) pour désactiver l'alimentation dudit stockeur (1) par la deuxième tension (CS_VB). [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en cc que le seuil de tension (V3) est inférieur ou égale à la tension (CS_VA) du convertisseur (6). [Revendication 3] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en cc que le seuil de tension (V4) est supérieur à la tension (CS VA) du convertisseur (6). [Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, lorsque l'ensemble d'alimentation (30) est déconnecté du réseau de bord (20), l'alimentation du générateur (2) par le stockeur électrique (1), le pilotage du générateur (2) en mode 10 [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] démarreur et la commande d'une procédure de démarrage d'un moteur thermique du véhicule par ledit générateur piloté en mode démarreur. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, lorsque l'ensemble d'alimentation est déconnecté du réseau de bord, l'alimentation d'un démarreur du véhicule par le stockeur d'énergie (1) et la commande d'une procédure de démarrage d'un moteur thermique du véhicule par le démarreur. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la commande du générateur (2) pour fournir la deuxième tension (CS_VB) au stockeur (1) est déclenchée en cas de détection de la fin de la procédure de démarrage du moteur thermique. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le générateur (2) est entrainé en rotation par le moteur thermique pour fournir la deuxième tension (CS VB). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en qu'il comporte en outre, lorsque l'ensemble d'alimentation (30) est déconnecté du réseau de bord (20), l'alimentation d'un stockeur d'énergie auxiliaire (4) par le convertisseur de tension (6). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, lors de la commande du générateur pour fournir la deuxième tension (CS_VB) au stockeur, la deuxième tension (CS_VB) augmente progressivement d'une valeur de régulation de tension initiale (V2) jusqu'au seuil de tension (V3). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le convertisseur de tension (6) est commandé de sorte que la première tension (CS_VA) reste constante entre l'étape d'ouverture de l'interrupteur (3) pour déconnecter le système d'alimentation (30) et l'étape de la commande du générateur (2) pour désactiver l'alimentation du stockeur (1) par la deuxième tension (CS_VB).