Brevet FR3104506A1 — publié le 20210618

La présente invention concerne un procédé de contrôle dynamique du courant d’un stockeur (B) d’énergie électrique de véhicule automobile équipé d’au moins un générateur (G) d’énergie électrique, caractérisé en ce qu’il comprend une première opération (1) d’estimation de la tension à vide (OCV) du stockeur (B), une seconde opération (2) de mesure de la réserve de courant de charge disponible (A) pour la recharge du stockeur en fonction de la capacité de production d’énergie du générateur (G), une troisième opération (3) de détermination du courant de charge maximal (Amax) autorisé pour ledit stockeur et une quatrième opération (4) de détermination de la tension maximale (Vmax) autorisée pour ledit stockeur (B). Figure 1 PROCEDE DE CONTROLE DYNAMIQUE DU COURANT DE CHARGE D’UN STOCKEUR D’ENERGIE ELECTRIQUE DE VEHICULES AUTOMOBILES L’invention s’applique au domaine de la gestion de l’énergie électrique dans les véhicules automobiles. Plus précisément, l’invention concerne un procédé de contrôle dynamique du courant de charge d’un dispositif de stockage d’énergie électrique ou stockeur de véhicules automobiles à motorisation thermique, hybride ou électrique. Dans les véhicules automobiles, les moyens destinés à la fourniture d’énergie électrique aux divers équipements comprennent des dispositifs de stockage ou « stockeurs » d’énergie électrique et notamment des batteries 12V qui ont un rôle essentiel. Pour assurer, à la fois, l’équilibre permanent entre les alimentations électriques de tous les équipements du réseau de bord du véhicule fonctionnant sous une tension de 12V, la production d’énergie électrique et la charge du stockeur, il est nécessaire de réguler en permanence le courant circulant dans le ou les stockeurs du véhicule, pour le(s) recharger si nécessaire. Cette mesure d’adaptation est particulièrement importante pour les batteries de type Lithium-ion, dont les courants de charge appelés peuvent être particulièrement élevés s’ils ne sont pas maîtrisés. Dans ce contexte, il s’avère donc essentiel de contrôler le courant de charge pouvant circuler dans le stockeur en fonction des capacités des systèmes embarqués assurant la fourniture d’énergie électrique. Il existe déjà des procédés assurant la gestion des courants de charge des batteries lithium de véhicules automobiles. Ainsi, le brevet US10442373 décrit un procédé de gestion de la batterie au lithium d'un véhicule destiné à éviter la surcharge ou la décharge de cette batterie pour la protéger en toute sécurité et dans diverses conditions, notamment, lorsqu’elle est utilisée comme batterie à basse tension dans le véhicule. Ce procédé est mis en œuvre au moyen d’un système comprenant un relais qui connecte et déconnecte électriquement divers équipements alimentés par la batterie et un commutateur qui détermine un état de connexion en fonction de la manipulation de l'utilisateur et génère un signal d'activation et de désactivation du relais en fonction de l'état de connexion. Ce système comprend, en outre, un contrôleur qui active et désactive le relais en fonction de l'état de connexion du commutateur de reconnexion. Cependant, les procédés connus ne permettent pas de piloter dynamiquement le courant de charge pouvant circuler dans la batterie en fonction des capacités de production d’énergie électrique des générateurs embarqués dans le véhicule. Dans ce contexte, l’invention vise à apporter une solution technique permettant d’adapter en continu le courant de charge circulant dans un stockeur et, plus particulièrement, dans une batterie Lithium-ion en fonction de la quantité de courant disponible et/ou pouvant être produite par les générateurs électriques du véhicule. Cette solution doit, en outre, maintenir un équilibre entre la quantité d’énergie électrique pouvant, d’une part, être produite et celle devant, d’autre part, être fournie au stockeur et à l’ensemble des équipements électriques du réseau de bord. Ce but est atteint au moyen d’un procédé de contrôle dynamique du courant d’un stockeur d’énergie électrique de véhicule automobile équipé d’au moins un générateur d’énergie électrique, caractérisé en ce qu’il comprend une première opération d’estimation de la tension à vide du stockeur, une seconde opération de mesure de la réserve de courant de charge disponible pour la recharge du stockeur en fonction de la capacité de production d’énergie du générateur, une troisième opération de détermination du courant de charge maximal autorisé pour ledit stockeur et une quatrième opération de détermination de la tension maximale autorisée pour ledit stockeur. Selon une caractéristique avantageuse du procédé, la première opération est effectuée à partir des mesures de la température, du courant et de la tension du stockeur et permet, en outre, d’estimer la résistance du stockeur. Selon une première variante de mise en œuvre du procédé, ces mesures sont fournies par un boîtier de surveillance de l’état du stockeur. Selon une autre variante de mise en œuvre du procédé, ces mesures sont obtenues au moyen d’une cartographie de la résistance interne du stockeur construite en fonction de sa température. Selon une autre caractéristique, la seconde opération est effectuée à partir du rapport cyclique d’ouverture du générateur et de sa température. De préférence, la réserve de courant est déterminée en calculant le différentiel entre, d’une part, le rapport cyclique d’ouverture du générateur en temps réel et, d’autre part, son taux de charge limite. Selon encore une autre caractéristique, la troisième opération est effectuée à partir de l’état de charge du stockeur, du courant, de la température du stockeur et de la réserve de courant disponible. Selon une variante de mise en œuvre du procédé, on détermine au préalable le courant limite du stockeur en fonction de sa température et de son état de charge puis on compare la somme du courant et de la réserve de courant disponible avec ce courant limite de telle sorte que si la somme du courant et de la réserve est inférieure ou égal au courant limite alors le courant de charge maximal autorisé est égal à cette somme tandis que si cette somme est supérieure au courant limite alors le courant de charge maximal autorisé est égal au courant limite. Selon encore d’autres caractéristiques, la quatrième opération est effectuée à partir de la tension à vide du stockeur, de sa résistance estimée et du courant maximal autorisé de telle sorte que la tension maximale autorisée est obtenue en ajoutant à la tension à vide du stockeur le produit de sa résistance interne par son courant maximal autorisé. Un autre objet de l’invention est un véhicule automobile équipé d’un calculateur embarqué et de logiciels aptes et destiné à la mise en œuvre du procédé de contrôle dynamique du courant d’un stockeur 12V tel que défini ci-dessus. Le procédé de l’invention s’applique de façon très générale tant au contrôle du courant de charge de batteries traditionnelles au plomb que de batteries Lithium-ion équipant des véhicules automobiles à motorisation thermique, hybride ou électrique. L’invention apporte, en particulier, une solution à la problématique soulevée par le prochain abandon des batteries au plomb sur les véhicules Européens. Le procédé de l’invention permet de maîtriser le dimensionnement et le coût des générateurs d’énergie électrique embarqués qui peut être impacté par le passage à la technologie Lithium-ion et offre un système de gestion énergétique 12V du véhicule, compatible avec cette nouvelle technologie. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées et détaillées ci-après. est schéma illustrant un mode opératoire préférentiel du procédé de contrôle dynamique du courant de charge d’un stockeur d’énergie électrique selon l’invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques dans la description et sur la figure. Naturellement, les modes de mise en œuvre du procédé de l’invention illustrés par la figure présentée ci-dessus et décrits ci-après, ne sont donnés qu'à titre d’exemples non limitatifs. Il est explicitement prévu que l'on puisse proposer et combiner entre eux différents modes pour en proposer d'autres. L’invention concerne le domaine de la gestion de l’énergie électrique utilisée dans les véhicules automobiles équipés de stockeurs 12V, tels que des batteries, et dont la motorisation est thermique, ou hybride ou bien encore électrique. Plus précisément, l’invention concerne un procédé d’adaptation dynamique du courant d’un stockeur (référencé B par la suite) et, plus particulièrement d’une batterie 12V Lithium-ion, dans un système comprenant au moins un générateur d’énergie électrique (référencé G par la suite) tel qu’un convertisseur de tension DC/DC équipant les véhicules hybrides ou électriques ou un alternateur de véhicule à moteur à combustion. Le procédé de l’invention est destiné à contrôler et à ajuster la tension à appliquer aux bornes du stockeur 12V pour adapter en permanence le courant de charge circulant dans le stockeur en fonction, à la fois, de la réserve de courant disponible et de la quantité de courant pouvant être produit par le générateur électrique du véhicule. Ce procédé est mis en œuvre de façon continue sans entraîner de rupture de l’équilibre entre la quantité d’énergie électrique susceptible d’être produite et celle à fournir au stockeur ainsi qu’à l’ensemble des équipements électriques du réseau de bord. En particulier, la maîtrise du courant de charge circulant dans le stockeur est une opération particulièrement critique et délicate dans un système électrique embarqué équipé de batteries de technologies Lithium-ion, du fait que ces stockeurs peuvent appeler des courants de charge très importants (supérieurs à 100A). En effet, ce type de stockeur nécessite, soit de prévoir un surdimensionnement du générateur électrique qui entraîne, notamment, un surcoût significatif, soit de mettre en œuvre un procédé de contrôle et de limitation adaptatifs de ces forts courants de charge comme celui proposé par l’invention. Comme illustré par la figure 1, pour assurer le contrôle dynamique du courant de charge du stockeur B de 12V, le procédé de l’invention comprend les opérations suivantes pilotées par un calculateur de bord avec des logiciels appropriés. Une première opération 1 consiste à estimer de la tension à vide (OCV), dite aussi tension circuit ouvert, du stockeur B. Cette opération est suivie d’une seconde opération 2 de mesure de la réserve de courant de charge disponible (A) pour la recharge du stockeur B en fonction de la capacité de production d’énergie du générateur G. Une troisième opération 3 assure la détermination du courant de charge maximal (Amax) autorisé pour le stockeur B et se poursuit par une quatrième opération 4 visant à déterminer la tension maximale (Vmax) autorisée pour le stockeur B. Chacune de ces opérations va être décrite en détail dans la description qui va suivre. La première opération 1 est effectuée à partir des mesures de la température (T), du courant (C) et de la tension (V) du stockeur B et permet, en outre, d’estimer la résistance interne (R) du stockeur. Ces mesures sont fournies, de préférence, par un boîtier de surveillance (non représenté) de l’état du stockeur 12V qui intègre éventuellement cette fonctionnalité. Toutefois, il est possible de prévoir, selon une variante du procédé de l’invention, que ces mesures soient obtenues au moyen d’une cartographie de la résistance interne du stockeur B construite en fonction de sa température (T). La tension à vide (OCV) du stockeur B répond ainsi à la formule ; (OCV)= (V)-[AxR]. Le cas échéant, un filtrage du signal obtenu peut s’avérer pertinent pour disposer d’une information non bruitée. Un filtrage passe-bas du 1 er ordre est alors adapté. La seconde opération 2 vise à déterminer la quantité de courant (A) que le générateur G est en capacité de mettre à disposition du stockeur 12V (B), notamment, en vue de sa recharge. Cette seconde opération est effectuée à partir du rapport cyclique d’ouverture (RCO) ou taux de charge du générateur G et de sa température. La réserve de courant (A) est déterminée en calculant le différentiel entre, d’une part, le rapport cyclique d’ouverture (RCO) du générateur G en temps réel et, d’autre part, son taux de charge limite (RCOm). A cet effet, on compare le taux de charge actuel (RCO) du générateur G qui est une image de la quantité d’énergie produite et donc consommée à chaque instant par le réseau de bord du véhicule et par le stockeur B, au taux de charge limite (RCOm), fixé comme paramètre statique ou dynamique. Ce taux de charge limite peut être fixé, par exemple, à 90 %. L’écart entre ces deux valeurs du taux de charge du générateur G est ensuite utilisé pour déterminer la réserve de courant disponible (A) en capacité de production, au niveau du générateur G utilisé, en fonction de sa température (Tg), grâce à une cartographie de sa capacité de production. La réserve de courant disponible (A) est alors donnée par la fonction f selon la formule ; (A) = f(T, RCO-RCOm) où f est la fonction de cartographie du courant de réserve pouvant être produit par le générateur G du système de fourniture d’énergie électrique du véhicule, tout en respectant l’équilibre du bilan : énergie produite/énergie consommée. La troisième opération 3 a pour but de déterminer le courant de charge maximal (Amax), ou optimal, utilisable pour recharger le stockeur B. Cette opération permet d’assurer la recharge du stockeur tout en maîtrisant le courant associé ce qui est nécessaire sur des systèmes utilisant un stockeur Lithium-ion 12V ayant tendance à accepter des forts courants de charge. En effet, en l’absence de contrôle, ces courants de charge peuvent nuire à l’équilibre entre la production électrique, l’alimentation du réseau de bord du véhicule et la recharge du stockeur B, par exemple, en saturant le stockeur. Cette troisième opération 3 est effectuée à partir de l’état de charge (SOC) du stockeur, du courant (C) du stockeur, de la température (T) du stockeur et de la réserve de courant disponible (A) obtenue lors de la seconde opération 2. Dans ce but, on détermine au préalable le courant limite (Cm) pouvant circuler dans le stockeur B en fonction de sa température (T) et de son état de charge (SOC) puis on compare la somme du courant (C) et de la réserve de courant disponible (A) avec ce courant limite (Cm). Ce courant limite peut être déterminé en utilisant une cartographie fonction de l’état de charge et de la température en utilisant les spécifications caractéristiques du stockeur 12V communiquées par son fabricant ou son fournisseur. Le courant maximal autorisé (Amax) pour le stockeur B est alors déterminé de la façon suivante ; - si (C)+(A) est inférieur ou égal à (Cm) alors (Amax) = (C)+(A) et, - si (C)+(A) est supérieur à (Cm) alors (Amax) = (Cm). Dans une finalité d’effectuer une régulation dynamique du courant pouvant être prélevé par le stockeur B (et, en particulier, lorsque l’on utilise une batterie Lithium-ion), la quatrième opération 4 a pour objectif de déterminer la tension maximale (Vmax) de consigne pouvant être appliquée aux bornes du stockeur B sans risque de dépasser un courant maximal de charge qui prend en compte les capacités de production du ou des générateurs électriques du véhicule. Cette opération permet ainsi d’adapter en permanence le courant prélevé par le stockeur B en fonction de la quantité d’énergie pouvant être produite par le générateur électrique G. Cette quatrième opération 4 est ainsi effectuée à partir de la tension à vide (OCV) du stockeur, de sa résistance interne (R) estimée et du courant maximal (Amax) autorisé en appliquant la formule (Vmax) = (OCV)+[(R)x(Amax)]. Procédé de contrôle dynamique du courant d’un stockeur (B) d’énergie électrique de véhicule automobile équipé d’au moins un générateur (G) d’énergie électrique, caractérisé en ce qu’il comprend une première opération (1) d’estimation de la tension à vide (OCV) du stockeur (B), une seconde opération (2) de mesure de la réserve de courant de charge disponible (A) pour la recharge du stockeur (B) en fonction de la capacité de production d’énergie du générateur (G), une troisième opération (3) de détermination du courant de charge maximal (Amax) autorisé pour ledit stockeur et une quatrième opération (4) de détermination de la tension maximale (Vmax) autorisée pour ledit stockeur. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première opération (1) est effectuée à partir des mesures de la température (T), du courant (C) et de la tension (V) du stockeur (B) et permet, en outre, d’estimer la résistance (R) dudit stockeur. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdites mesures sont fournies par un boîtier de surveillance de l’état du stockeur. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites mesures sont obtenues au moyen d’une cartographie de la résistance interne du stockeur (B) construite en fonction de sa température (T). Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde opération (2) est effectuée à partir du rapport cyclique d’ouverture (RCO) du générateur (G) et de sa température. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la réserve de courant (A) est déterminée en calculant le différentiel entre, d’une part, le rapport cyclique d’ouverture (RCO) du générateur (G) en temps réel et, d’autre part, son taux de charge limite (RCOm). Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième opération (3) est effectuée à partir de l’état de charge (SOC) du stockeur (B), du courant (C), de la température (T) du stockeur et de la réserve de courant disponible (A). Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’on détermine au préalable le courant limite (Cm) du stockeur (B) en fonction de sa température (T) et de son état de charge (SOC) puis on compare la somme du courant (C) et de la réserve de courant disponible (A) avec ce courant limite (Cm) de telle sorte que si (C)+(A) est inférieur ou égal à (Cm) alors (A max) = (C)+(A) et, si (C)+(A) est supérieur à (Cm) alors (A max) = (Cm). Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quatrième opération (4) est effectuée à partir de la tension à vide (OCV) du stockeur (B), de sa résistance (R) estimée et du courant maximal (Amax) autorisé en appliquant la formule (Vmax) = (OCV)+(R)x(Amax). Véhicule automobile équipé d’un calculateur embarqué et de logiciels aptes et destiné à la mise en œuvre du procédé de contrôle dynamique du courant d’un stockeur (B) selon l’une des revendications précédentes.