Brevet FR3123601A1 — publié le 20221209

La présente invention a pour objet un procédé de recharge d’une batterie de traction (3) pour un véhicule électrifié rechargeable (1) au moyen d’une borne de recharge (7) dans lequel est configuré un mode de recharge prédéterminé déterminant une première consigne de courant de recharge CR1 pour piloter la borne (7), comportant le pilotage d’une première phase de recharge commandée par la première consigne de courant CR1 tant que l’état de charge de la batterie (3) est inférieur à un seuil d’état de charge prédéterminé, le pilotage d’une deuxième phase de recharge lorsque l’état de charge est supérieur audit seuil d’état de charge comportant la commande du courant de recharge en fonction de la température de l’environnement extérieur du véhicule par rapport à un seuil de température prédéterminé. Figure 1 PROCEDE DE RECHARGE D’UNE BATTERIE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE D’ENVIRONNEMENT EXTERIEUR POUR UN MODE DE RECHARGE RAPIDE Le domaine de l’invention concerne un procédé de recharge d’une batterie de traction d’un véhicule électrifié rechargeable. Les véhicules automobiles électrifiés rechargeables comprennent une batterie de traction, généralement de haute puissance, pouvant être rechargées sur un réseau d’alimentation électrique externe au véhicule. De tels véhicules sont équipés d’un dispositif de recharge dont la fonction est de piloter le courant délivré par une borne. Les dispositifs de recharge sont généralement adaptés pour différents modes de recharge déterminant la puissance de recharge. Pour un mode de recharge dit mode 2 opéré à partir d’une prise domestique conventionnelle de tension alternative, la puissance est comprise entre 1 kW et 4 kW. Pour un mode de recharge de puissance supérieure, dit mode 3 et s’opérant à partir d’une prise de type triphasée, la puissance peut atteindre 44 kW. Enfin, les recharges rapides, dites mode 4, la tension électrique délivrée par la borne est de type tension continue et s’opère à des puissances supérieures à 50kW et jusqu’à 350 kW, impliquant des courants de recharge pouvant atteindre des valeurs comprises entre 100A et 350A. Les recharges rapides visent à opérer une recharge complète de la batterie en une trentaine de minutes jusqu’à une heure. Cela implique des flux de puissance électrique importants à travers la batterie qui génèrent une montée de température. Il est nécessaire de contrôler et d’évacuer les calories afin d’éviter un endommagement des circuits électriques et de la batterie. A cet effet, ces véhicules sont équipés d’un système de régulation thermique comprenant généralement un circuit dédié pour le refroidissement de la batterie. En outre, des mesures de protection thermique déclenchant des limitations de courant sont également prévues. Le plus souvent, celles-ci se déclenchent lorsque la température de la batterie et du circuit de refroidissement dépasse des seuils prédéterminés. Par ailleurs, on connait le document FR2999812A3 décrivant un système de refroidissement optimisé pour les charges dites rapides comprenant deux circuits de circulation de fluide caloporteur. On connait également le document CN109378536A décrivant la gestion de charge et décharge d’une batterie de véhicule électrifié. Lors d’une recharge électrique sur borne, selon des architectures hydrauliques des systèmes de refroidissement, le circuit de refroidissement de la batterie est isolé. Puis en situation de roulage, certaines architectures permettent un transfert de calories du circuit de refroidissement de la batterie vers un autre circuit où se trouve le radiateur du véhicule. Cela permet de réduire la consommation d’énergie en roulage pour les besoins de refroidissement de la batterie. Cependant, cette configuration particulière a tendance à provoquer un effet indésirable en cas d’un transfert de calorie important entre les deux circuits hydrauliques lors de la reprise du roulage. En effet, en situations climatiques de forte chaleur, c’est-à-dire pour des températures d’environnement du véhicule supérieures à 40° Celsius, il arrive qu’à la suite d’une recharge électrique rapide les calories accumulées par le système de régulation thermique de la batterie puissent se transférer vers le circuit de régulation thermique de l’habitacle et au final dans l’habitacle, quand le VHL reprend la route, provoquant alors un effet de coup de chaud indésirable au moment de cette reprise de la route. L’invention vise à pallier les problèmes précités. Un objectif de l’invention est d’éviter les effets de coup de chaud dans l’habitacle en situation de forte chaleur extérieure lors de la reprise de la route suivant une recharge rapide. Plus précisément, l’invention concerne un procédé de recharge d’une batterie de traction pour un véhicule électrifié rechargeable au moyen d’une borne de recharge dans lequel est configuré un mode de recharge prédéterminé déterminant une première consigne de courant de recharge CR1 pour piloter la borne. Selon l’invention, le procédé comporte les étapes successives suivantes lors d’une session de recharge pilotée selon ledit mode de recharge : Le pilotage d’une première phase de recharge commandée par la première consigne de courant CR1 tant que l’état de charge de la batterie est inférieur à un seuil d’état de charge prédéterminé, Le pilotage d’une deuxième phase de recharge lorsque l’état de charge est supérieur audit seuil d’état de charge comportant la commande du courant de recharge en fonction de la température de l’environnement extérieur du véhicule par rapport à un seuil de température prédéterminé. Selon une variante, la commande du courant de recharge est pilotée par la première consigne de courant CR1 si la température d’environnement est inférieure audit seuil de température, et lorsque la température d’environnement est supérieure ou égal audit seuil de température, la commande du courant de recharge est pilotée par une deuxième consigne de courant de recharge CR2 ayant une valeur qui est fonction d’un coefficient de réduction prédéterminé k selon la relation suivante : CR2=k*CR1, avec k compris entre 0,2 et 0,8. Selon un mode de réalisation préférentiel, la première consigne est configurée pour piloter un courant de recharge de type continu ayant une valeur supérieure à 100 ampères jusqu’à l’atteinte d’un niveau d’environ 80% de la capacité totale de la batterie. Selon une variante, le seuil d’état de charge est compris entre 40% et 80% de la capacité totale de la batterie. Selon une variante préférentielle, le seuil d’état de charge est égal à environ 60% de la capacité totale de la batterie. Selon une variante, ledit seuil de température est égal à environ 40° Celsius. Selon une variante, la deuxième consigne de courant est une consigne de limitation de la valeur maximale du courant de recharge. L’invention prévoit également un dispositif de contrôle du courant de recharge d’une batterie de traction pour un véhicule électrifié rechargeable dans lequel est configuré un mode de recharge prédéterminé au moyen d’une borne de recharge déterminant une première consigne de courant de recharge CR1 pour piloter la borne, comprenant un moyen de mesure de la température de l’environnement extérieur au véhicule, un moyen de mesure de l’état de charge de la batterie, lequel est configuré pour mettre en œuvre le procédé de recharge selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents. L’invention prévoit en outre un véhicule électrifié rechargeable comprenant une batterie de traction et un dispositif de contrôle du courant de recharge conformément à l’invention. L’invention améliore l’agrément de roulage et notamment la gestion de la température de l’habitacle pour les recharges rapides pour des situations climatiques de forte chaleur. 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 : représente schématiquement un véhicule automobile électrifié comportant une unité de commande apte à mettre en œuvre le procédé de recharge selon l’invention ; représente schématiquement un mode de réalisation du procédé de recharge selon l’invention ; est un graphique illustrant la commande du courant de recharge lors de l’exécution du procédé selon l’invention. L’invention s’applique aux véhicules électrifiés, en particulier les véhicules automobiles rechargeables, hybrides et électriques. Dans la présente description, le terme environ signifie +/-10% de la valeur indiquée et les bornes d’une plage de valeurs sont comprises dans la plage. En , on a représenté un exemple de véhicule électrifié 1 apte à mettre en œuvre l’invention. Le véhicule 1 comporte un groupe motopropulseur muni d’une unité de commande 2, d’une machine électrique de traction (non représentée) alimentée par un système de batterie de traction 3 et un dispositif de recharge de la batterie 9. Dans cet exemple, l’unité de commande 2 est un organe à calculateur dont une fonction est de centraliser les données collectées du véhicule et de les retransmettre à un ou plusieurs calculateurs du véhicule. L’unité de commande 2 est connecté à un capteur de température T de l’environnement extérieur du véhicule et est apte à communiquer cette donnée en permanence aux autres calculateurs du véhicule. L’unité de commande 2 peut réaliser d’autres fonctions de pilotage et coordination des actionneurs du véhicule, par exemple les fonctions de stratégie énergétique, ou bien encore le pilotage de la traction électrique. Le système de batterie 3 comporte une batterie électrique de haute tension, généralement de plusieurs centaines de volts, par exemple 450V à charge complète, assurant la fourniture d’énergie électrique à la machine électrique. La batterie électrique comprend des cellules électriques, par exemple de type Lithium-ion. Le système de batterie 3 comprend un dispositif de contrôle 4 de gestion du système de batterie. Ce dispositif 4 est apte à délivrer à d’autres calculateurs du véhicule des informations d’état de la batterie, telles l’état de charge, la température, le courant de charge, la tension à vide notamment, ainsi que des consignes à destination d’une borne de recharge, par exemple un mode de recharge, une puissance de recharge, un courant de recharge, ou une commande de limitation de courant, notamment au calculateur du dispositif de recharge 9. En outre, le dispositif de contrôle 4 est apte à recevoir des informations du calculateur de l’unité de commande 2 à des fins de contrôle d’une recharge sur borne. Le calculateur 4 est apte à recevoir la température d’environnement extérieur T du véhicule 1 obtenue à partir du capteur de température du véhicule ou d’un système de navigation du véhicule. Dans le cadre de l’invention, les données de l’état de charge instantané de la batterie et de la température d’environnement T sont utilisées pour déterminer la commande d’une consigne de courant de recharge CR1 et CR2 lorsque la température d’environnement T est élevée, et lorsque le niveau d’état de charge atteint un niveau prédéterminé, et de préférence lors d’une opération d’un mode de recharge dit rapide de puissance élevée, supérieure à 50kW. La consigne de courant de recharge peut être une valeur de courant ou une valeur de limitation de courant maximal. Le dispositif de recharge 9 comporte des moyens de recharge coopérant avec une prise de courant 6 de manière à pouvoir se brancher électriquement à une borne de recharge externe 7 connectée à un réseau d’alimentation électrique 8. Il a pour fonction de gérer la communication entre les différentes bornes de recharge et de surveiller et contrôler la recharge électrique sur borne. Le dispositif de recharge 9 comporte également un convertisseur électrique de type alternatif/continu AC/DC et continu/continu DC/DC. Le dispositif de recharge 9 pilote une consigne de recharge définissant une tension de charge et un courant de recharge. La consigne est transmise à la borne lorsque le véhicule est connecté. Dans le cadre de l’invention, le dispositif de recharge 9 délivre la consigne de courant de recharge conformément au procédé selon l’invention pour éviter une montée de température indésirable dans l’habitacle du véhicule à la suite d’une recharge sur borne. Pour assurer la protection thermique de la batterie 3 et du dispositif de recharge 9, le groupe motopropulseur comporte également un système de régulation thermique 5 des systèmes électriques embarqués, illustré en schématiquement. Dans cet exemple non limitatif, le système de régulation thermique 5 est un circuit de type boucle à cycle thermodynamique constitué d’un circuit de refroidissement à fluide caloporteur et d’éléments d’échange thermique 51, 52, 53, tels des condenseurs, évaporateurs et radiateurs. Il peut comprendre des moyens de ventilation mécanique en fonction de l’architecture de refroidissement. Dans un exemple non limitatif d’architecture, le système de régulation thermique 5 comprend un circuit de régulation thermique destiné au refroidissement d’une machine électrique de traction et du dispositif de recharge 9. Un autre circuit est destiné au refroidissement de l’habitacle. Un autre circuit est dédié au refroidissement de la batterie. L’architecture est apte à transférer des calories entre les circuits selon la stratégie de régulation, et à isoler un circuit d’un ou des autres circuits au moyen de vannes de circulation. Le dispositif de contrôle 4 comporte un calculateur à circuits intégrés et des mémoires électroniques et est configuré pour piloter le procédé de recharge selon l’invention. Le calculateur pourrait être externe au système de batterie, 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, le dispositif de contrôle 4, selon l’invention, peut être réalisé 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. La représente un logigramme d’un mode de réalisation du procédé de recharge. A une première étape du procédé, le véhicule est dans une situation de recharge électrique sur borne 20. La prise de recharge du véhicule est reliée électriquement à la borne d’alimentation électrique. Durant une première phase de la session de recharge, la recharge électrique est déclenchée dans un mode de recharge rapide, de puissance supérieure à 50kW. La consigne de courant de recharge CR1 est pilotée par le dispositif de recharge du véhicule à une valeur comprise entre 100A et 500A. Dans le cas du mode de recharge rapide, la consigne est configurée pour piloter un courant de recharge de type continu jusqu’à l’atteinte d’un niveau d’environ 80% de la capacité totale de la batterie, sous contrôle que les conditions thermiques inhérentes à la batterie pour son bon fonctionnement le permettent. Dans un mode préférentiel de l’invention, le procédé de recharge se déclenche uniquement pour un mode de recharge dit rapide, c’est-à-dire pour des puissances de recharge supérieures à 50kW et courant de recharge de valeur comprise entre 100 ampères et 350 ampères. Dans cet exemple de la session de recharge, la température d’environnement mesurée par le capteur du véhicule est supérieure à 40° Celsius. Lors de la recharge électrique 20, le dispositif de contrôle de la batterie effectue en permanence une surveillance périodique 21 de l’état de charge instantané de la batterie par rapport à un seuil prédéterminé S1, dont la valeur est comprise entre 40% et 80% de la capacité totale de la batterie. Le seuil S1 est le niveau à partir duquel on choisit d’abaisser la vitesse de recharge pour limiter la montée en température en fin de recharge. Cela a pour effet de limiter le coup de chaud lors de la reprise de la route. Le seuil est de préférence compris entre 60% et 80% de la capacité complète de la batterie. Il s’agit d’un paramétrage optimal permettant d’éviter le coup de chaud dans l’habitacle à la reprise tout en maintenant une durée de recharge satisfaisante. Tant que l’état de charge instantané est inférieur à S1, le courant de recharge est piloté conformément à la consigne CR1, quelle que soit la valeur de température d’environnement. Si l’état de recharge instantané est égal ou supérieur à S1, le procédé comporte une étape de vérification de la température d’environnement du véhicule par rapport à un seuil prédéterminé T1. Selon la valeur de la température d’environnement le dispositif de recharge pilote soit la consigne de courant CR1, soit une consigne de courant CR2, abaissée par rapport à CR1. Cette vérification vise à détecter les situations de forte chaleur pour déclencher une limitation du courant de charge afin d’éviter l’effet de coup de chaud à la reprise. Alternativement, cette étape de vérification peut être opérée au déclenchement de la recharge ou à tout instant avant l’atteinte du seuil S1. Si la température d’environnement est inférieure à T1, lors de la deuxième phase de la session de recharge, postérieurement au dépassement du seuil S1, le dispositif de recharge maintient, à une étape 23, le pilotage de la consigne de courant de recharge conformément à la configuration de la consigne CR1 jusqu’à la fin de la session de recharge. Si la température d’environnement est égale ou supérieure à T1, lors de la deuxième phase de la session de recharge, postérieurement au dépassement du seuil S1, le dispositif de recharge, à une étape 24, pilote une consigne de recharge CR2. L’invention détecte l’éventualité d’un effet de coup de chaud à la reprise dans cette situation de forte chaleur. Le procédé réduit donc la valeur de la consigne de courant par rapport à la consigne CR1 pour éviter cette situation désagréable. Selon une variante, de préférence la consigne CR2 est configurée à une valeur qui est fonction d’un coefficient de réduction prédéterminé k selon la relation suivante : CR2=k*CR1, avec k compris entre 0,2 et 0,8. De préférence, k est égal à 0,6. Il s’agit d’un paramètre optimal permettant d’éviter le coup de chaud à la reprise et de maintenir une durée de recharge satisfaisante. La consigne CR2 est une consigne de limitation de courant ayant pour effet de réduire la consigne par rapport aux situations de température d’environnement inférieure à T1. La consigne de recharge CR2 est maintenue jusqu’à la fin de la session de recharge. La valeur du coefficient de réduction k a pour effet de réduire la température dans le circuit de refroidissement de la batterie, en contrepartie d’une durée de recharge allongée. Finalement, en cas de détection de la fin de recharge, le procédé prend fin à l’étape 25. Puis, lors de la reprise de la route, le système de régulation thermique du véhicule change de configuration et permet un échange de calories entre le circuit de refroidissement de la batterie et le circuit de refroidissement dans lequel est situé le radiateur du véhicule. Grâce à l’invention, on évite l’effet du coup de chaud du fait d’une réduction du courant de recharge déclenchée lors d’une température d’environnement supérieure à 40° Celsius et lors de l’opération d’un mode de recharge rapide. La est un graphique illustrant le pilotage du courant de recharge selon l’invention durant une session de recharge rapide. On a représenté trois situations de recharge se déroulant dans des conditions de température de l’environnement extérieur distinctes. La courbe identifiée par les symboles en forme carrée correspond à une température de 35°C. Cette courbe est conforme à la consigne CR1. Les courbes identifiées par les symboles en forme triangulaire et ronde correspondent respectivement pour des températures de 40°C et 45°C et sont conforment à la consigne CR2. Ces deux courbes se superposent du fait que le contrôle de courant de charge est identique dans ces situations. La session de recharge comporte la première phase durant laquelle le courant de recharge est compris entre 300A et 350A comme cela est visible sur l’axe des ordonnées. Cette valeur de courant de recharge est identique pour les trois situations. Lorsque la température est supérieure à 40°C, pour les courbes à triangles et à ronds, on observe une limitation du courant de recharge dans la deuxième phase, à partir d’un état de charge de 60%, conformément à une diminution de la valeur du courant de recharge selon le coefficient k, ici à une valeur de 0,6. Pour la courbe à carrés, cette limitation n’est pas pilotée car la température est inférieure à 40°C. Procédé de recharge d’une batterie de traction (3) pour un véhicule électrifié rechargeable (1) au moyen d’une borne de recharge (7) dans lequel est configuré un mode de recharge prédéterminé déterminant une première consigne de courant de recharge CR1 pour piloter la borne (7), caractérisé en ce qu’il comporte les étapes successives suivantes lors d’une session de recharge pilotée selon ledit mode de recharge : Le pilotage d’une première phase de recharge (20) commandée par la première consigne de courant CR1 tant que l’état de charge de la batterie est inférieur à un seuil d’état de charge prédéterminé (S1), Le pilotage d’une deuxième phase de recharge lorsque l’état de charge est supérieur audit seuil d’état de charge (S1) comportant la commande du courant de recharge (23 ;24) en fonction de la température de l’environnement extérieur (T) du véhicule par rapport à un seuil de température prédéterminé (T1). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande du courant de recharge (23) est pilotée par la première consigne de courant CR1 si la température d’environnement (T) est inférieure audit seuil de température (T1), et lorsque la température d’environnement (T) est supérieure ou égal audit seuil de température (T1), la commande du courant de recharge (24) est pilotée par une deuxième consigne de courant de recharge CR2 ayant une valeur qui est fonction d’un coefficient de réduction prédéterminé k selon la relation suivante : CR2=k*CR1, avec k compris entre 0,2 et 0,8. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la deuxième consigne de courant CR2 est une consigne de limitation de la valeur maximale du courant de recharge. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première consigne CR1 est configurée pour piloter un courant de recharge de type continu ayant une valeur supérieure à 100 ampères jusqu’à l’atteinte d’un niveau entre 75% et 85% de la capacité totale de la batterie. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le seuil d’état de charge (S1) est compris entre 40% et 80% de la capacité totale de la batterie (3). Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le seuil d’état de charge (S1) est égal à environ 60% de la capacité totale de la batterie (3). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit seuil de température (T1) est égal à environ 40° Celsius. Dispositif de contrôle du courant de recharge (4) d’une batterie de traction (3) pour un véhicule électrifié rechargeable (1) dans lequel est configuré un mode de recharge prédéterminé au moyen d’une borne de recharge (7) déterminant une première consigne de courant de recharge CR1 pour piloter la borne (7), comprenant un moyen de mesure de la température (T) de l’environnement extérieur au véhicule, un moyen de mesure de l’état de charge de la batterie (3), caractérisé en ce qu’il est configuré pour mettre en œuvre le procédé de recharge selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. Véhicule électrifié rechargeable (1) comprenant une batterie de traction (3) et un dispositif de contrôle du courant de recharge (4) de ladite batterie (3) selon la revendication 8.