Brevet FR3137877A1 — publié le 20240119

L’invention concerne un système électronique de batterie de traction d’un véhicule automobile de type hybride comprenant un moteur thermique, pour recharger une batterie à haute tension à partir d’une batterie à basse tension via un convertisseur DCDC bidirectionnel. Le système comprend un moyen d’activation (M5) activant ladite recharge en fonction de conditions d’activation, notamment si l’état de charge de la batterie à haute tension est inférieur à un premier seuil (E2) ; l’état de charge de la batterie à basse tension est supérieur à un deuxième seuil (E3) ; la tension du convertisseur DCDC est supérieure à un troisième seuil (E4) ; et un moyen d’autorisation (M8) l’autorisant en fonction de conditions de désactivation, notamment si les contacteurs de la batterie (M7) à haute tension sont fermés (E7), et le moteur thermique (M6) est désactivé (E6). L’invention concerne également un véhicule et un procédé sur la base d’un tel système. Fig. 1 SYSTEME POUR CHARGER UNE BATTERIE DE TRACTION DE VEHICULE AUTOMOBILE A PARTIR D’UNE BATTERIE A BASSE TENSION, VEHICULE ET PROCEDE SUR LA BASE D’UN TEL SYSTEME La présente invention concerne le domaine des architectures de moteurs à batterie de traction électrique, des contrôles de charge notamment en cas de panne ou de décharge d’une batterie de traction à haute tension. Dans ce domaine, lorsque la batterie de traction à 48V est déchargée par exemple à cause d’une panne ou d’un maintien en fonctionnement trop long, il est nécessaire de trouver une station de charge à 48V. Malheureusement, les stations de charge à 48V sont pas encore suffisamment déployées, ce qui imite la probabilité d’en trouver une. Un objectif de l’invention est de remédier aux problèmes de l’art antérieur, et notamment de proposer une solution de recharge de batteries à 48V en cas de panne ou de décharge. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un système électronique de batterie de traction d’un véhicule automobile de type hybride comprenant un moteur thermique, le système électronique comprenant : - une batterie à haute tension ; - un convertisseur DCDC bidirectionnel connecté à la batterie à haute tension ; - un chargeur externe ou une source d’énergie électrique externe, connecté à la batterie basse tension ; - une batterie à basse tension connectée au chargeur externe ou à la source d’énergie électrique externe ; caractérisé en ce que le système électronique comprend en outre - un moyen d’activation activant une charge accessoire si l’état de charge de la batterie à haute tension est inférieur à un premier seuil ; si l’état de charge de la batterie à basse tension est supérieur à un deuxième seuil ; et si la tension du convertisseur DCDC est supérieure à un troisième seuil, la charge accessoire étant une charge de la batterie à haute tension à partir du chargeur externe ou de la source d’énergie électrique externe connectée à la batterie à basse tension, elle-même étant connectée au convertisseur DCDC, lui-même étant connecté à la batterie à haute tension ; et - un moyen d’autorisation autorisant ladite charge accessoire si les contacteurs de la batterie à haute tension sont fermés, et si le moteur thermique est désactivé. Avantageusement, l’invention permet de charger la batterie à 48V (déchargée) par le réseau à 12V (comportant un chargeur externe 12V et une ou plusieurs batteries à 12V) en utilisant un convertisseur DCDC bidirectionnel qui permettra de transférer l’énergie du réseau à 12V vers le réseau à 48V, toute en élaborant une consigne de courant, sous contrainte de tension 12V coté réseau à 12V, afin de ne pas affaiblir le réseau à 12V. En particulier, la puissance du convertisseur DC/DC ne doit pas excéder une puissance maximale calibrable suivant le montage électronique (par exemple de 1-1.5 kW). Selon une variante, le système électronique comprend en outre un moyen de calibration de consigne pour calibrer une consigne de courant à basse tension pour le convertisseur DCDC, le moyen de calibration comprenant un régulateur PID adaptatif. Cela permet de calibrer finement la consigne. Selon une variante, le système électronique comprend en outre un moyen de stimulation du convertisseur DCDC activé si : - l’état de charge de la batterie à haute tension est inférieur à un premier seuil ; si l’état de charge de la batterie à basse tension est supérieur à un deuxième seuil ; et la tension du convertisseur DCDC est supérieure à un troisième seuil ; et - les contacteurs de la batterie à haute tension sont fermés, et si le moteur thermique est désactivé, le moyen de stimulation appliquant une consigne de tension déterminée par le moyen de calibration en fonction d’une cartographie qui dépend de la température et de l’état de charge de la batterie à basse tension. Cela permet de stimuler le convertisseur DCDC avec une consigne à une tension correspondant à celle de la batterie à basse tension. Selon une variante, le système électronique comprend en outre : - un moyen de précharge mettant en œuvre une précharge des contacteurs de la batterie à haute tension par l’intermédiaire du convertisseur DCDC ou d’un circuit de précharge au niveau de la batterie, si : l’état de charge de la batterie à haute tension est inférieur à un premier seuil ; l’état de charge de la batterie à basse tension est supérieur à un deuxième seuil ; et la tension du convertisseur DCDC est supérieure à un troisième seuil ; et le moteur thermique est désactivé ; et - un moyen de charge fermant les contacteurs de la batterie à haute tension pour mettre en œuvre la charge accessoire avec une ou ladite consigne de courant à basse tension pour le convertisseur DCDC. Cela permet de mettre en œuvre une précharge et de confirmer ensuite par la charge. Selon une variante, la consigne est calibrée par le moyen de calibration de consigne. Selon une variante, le moyen d’activation est maintenu, si le moteur est activé, pendant un temps résiduel calibrable, de préférence d’une heure, et le moyen d’activation est désactivé ensuite. Cela permet de ne pas désactiver la charge auxiliaire et de la combiner pendant le temps calibrable à la charge par le moteur thermique. Selon une variante, la batterie à haute tension est une batterie à 48V et la batterie à basse tension est une batterie à 12V. Cela permet d’être adapté aux batteries à haute tension et celles à basse tension généralement utilisées. L’invention porte en outre sur un véhicule automobile comprenant à moteur de traction, comprenant un système électronique de batterie selon l’invention. Un autre objet de l’invention concerne un procédé de charge d’une batterie à haute tension au moyen d’un système électronique de batterie selon l’invention, comprenant les étapes suivantes : - activer une charge accessoire si l’état de charge de la batterie à haute tension est inférieur à un premier seuil ; si l’état de charge de la batterie à basse tension est supérieur à un deuxième seuil ; et si la tension du convertisseur DCDC est supérieure à un troisième seuil ; et - autoriser ladite charge accessoire si les contacteurs de la batterie à haute tension sont fermés, et si le moteur thermique est désactivé. L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles : - illustre schématiquement une architecture d’un système électronique de batterie selon l’invention ; - illustre schématiquement un graphique de l’énergie disponible pour la batterie à haute tension issue de la batterie à basse tension, en fonction de la température de la batterie à basse tension ; - illustre schématiquement une courbe de calibration de la tension du convertisseur DCDC en fonction de la température de la batterie à basse tension et de son état de charge. L’invention se base notamment sur les composants électroniques suivants : - une batterie 48V, dite à haute tension ; - un convertisseur DCDC bidirectionnel ; - un chargeur externe ou une source d’énergie externe 12V ; et - une batterie à 12V, dite à basse tension. La illustre l’architecture de mise en œuvre de l’invention. La référence M1 concerne un moyen d’estimation de l’état de charge de la batterie à haute tension (pouvant être appelé « l’état de charge adapté ») qui prend en compte la vieillissement, bridage, limitation de puissance de la batterie de traction (étape E1). La référence M2 concerne un système de gestion de la batterie de traction (à haute tension), permettant d’estimer un état de charge brut de la batterie à haute tension, ainsi qu’une température de la batterie de traction (étape E2). La référence M3 concerne un système de gestion de la batterie à basse tension, permettant d’estimer un état de charge de ladite batterie (étape E3). La référence M4 concerne un moyen d’évaluation du convertisseur DCDC, permettant d’estimer un état dudit convertisseur (étape E4). La référence M5 concerne un module d’activation d’une charge accessoire (étape E5) sur la base des informations obtenues aux étapes E1 à E4 (E1, E2 : état de charge de la batterie à haute tension en dessous d’un premier seuil ; E3 : état de charge de la batterie à basse tension au-dessus d’un deuxième seuil ; E4 : convertisseur DCDC activable, en particulier étant à basse tension. La charge accessoire est une charge de la batterie à haute tension par la batterie à basse tension par l’intermédiaire du convertisseur DCDC. Par ailleurs, la référence M6 concerne un moyen d’évaluation d’un état de moteur thermique pour évaluer si celui-ci est activé (étape E6). La référence M7 concerne un moyen pour évaluer une configuration électronique d’un circuit de recharge accessoire pour ladite charge accessoire, en particulier l’état fermé de connecteurs du chargeur à haute tension (étape E7). La référence M7 concerne un moyen d’autorisation de la charge accessoire (étape E8) sur la base de l’activation reçue à l’étape E5, si les informations obtenues aux étapes E6 et E7 ne sont pas dans le sens d’une désactivation (E6 : moteur thermique activé ; E7 : connecteurs fermés). L’autorisation de l’étape E8 entraîne une activation d’un circuit accessoire M9 initiant une requête de charge (étape E9). La requête de charge peut être communiquée : - au moyen d’activation M5 ; - à un contrôleur du convertisseur DCDC M10 qui peut vérifier un état dudit convertisseur (étape E10) et envoyer l’information correspondante au moyen d’activation M5 ; et à - à un ou audit système de gestion de batterie à haute tension M11. Par ailleurs, un ou le moyen d’évaluation du convertisseur DCDC M12 (ou M4), évalue l’état de tension du convertisseur DCDC (étape E12) pour établir une consigne de courant dudit convertisseur. A cet effet, un moyen d’application de consigne M14 est prévu, qui comprend un régulateur PID. La consigne est établie (étape E14) sur la base de l’information reçue aux étapes E10 (état du convertisseur) et E12 (tension du convertisseur), ainsi qu’un état de charge de la batterie à basse tension et sa température (étape E13) sur la base d’un (ou du) système de gestion de la batterie à basse tension M13 (ou M3). Concernant la mise en œuvre de l’invention, la stratégie de contrôle se compose de trois parties : - une fonction d’autorisation et d’activation de la charge de la batterie à 48V par la batterie à 12V ; - une fonction de désactivation de ladite charge ; et - une fonction permettant de construire une consigne de courant à 12V pour le convertisseur DCDC afin de charger la batterie à 48V et en surveillant la tension du réseau à 12V. La procédure à suivre pour l’activation ou la désactivation de la stratégie de contrôle peut être comme détaillé ci-dessous. Concernant la procédure d'activation, le chargeur externe à 12V peut être connecté d'un côté à une prise de courant domestique (AC≈230V) et de l'autre à des connecteurs pouvant être des pinces crocodiles, à connecter aux bornes de la batterie et/ou à la masse. Dans la procédure d’activation, les étapes suivantes peuvent être mises en œuvre : - brancher le chargeur externe ou la source d’énergie externe 12V à la borne de la batterie à 12V ; - après l'activation du chargeur externe à 12V par exemple, on peut attendre quelques secondes jusqu'à ce que la tension à 12V de la batterie augmente lentement pour atteindre la tension d’absorption ; - ensuite, de préférence à près une activation du véhicule par exemple via une clé, on peut activer un circuit auxiliaire de recharge si des conditions d’activation sont remplies ; en outre, le régulateur PID est activé afin d'éviter une décharge excessive de la batterie 12V et d’affaiblir le réseau 12V. Pour les conditions d’activation de la charge de la batterie à 48V par la batterie à 12V, il s’agit de vérifier si : - la batterie à 12V est chargée (c’est-à-dire si l’état de charge de la batterie à 12V supérieur à un premier seuil), - le calculateur du convertisseur DCDC est réveillé, la batterie à 48V est déchargée (c’est-à-dire si l’état de charge de la batterie à 48V est inférieur à un deuxième seuil), - la tension à 12V du convertisseur DCDC est supérieure à un troisième seuil (en particulier la tension d'absorption). Lorsque les conditions d’activation sont remplies, on peut effectuer une précharge des contacteurs de la batterie à 48V par l’intermédiaire du convertisseur DCDC bidirectionnel ou par un circuit de précharge au niveau de la batterie. Ensuite, on peut fermer les contacteurs de la batterie à 48V et passer en mode de charge de la batterie à 48V par la batterie à 12V. Ceci se fait en particulier en activant une fonction permettant de construire une consigne de courant à 12V pour le convertisseur DCDC afin de charger la batterie 48V et en surveillant la tension du réseau 12V. Cette fonction se base sur un régulateur PID adaptatif qui construit la consigne de courant en comparant une tension à 12V du convertisseur DCDC avec une valeur de référence de tension à 12V du convertisseur DCDC. Cette valeur de référence est construite par une cartographie ou une fonction de transfert pour construire la consigne de tension permettant de ne pas décharger la batterie à 12V et affaiblir le réseau à 12V. Cette calibration est faite en fonction de la température batterie à 12V et l’état de charge de la batterie à 12V. Pour les conditions de désactivation de la charge de la batterie à 48V par la batterie à 12V, il s’agit de vérifier si : - on active la batterie à 48V, c’est-à-dire on ferme les contacteurs de batterie à 48V vers celle à 12V, - on décharge sensiblement la batterie à 12V (c’est-à-dire un état de charge de la batterie à 12V inférieur au deuxième seuil), et/ou - on affaiblit sensiblement le réseau 12V (c’est-à-dire une tension du convertisseur DCDC inférieure à un troisième seuil), et/ou - on charge la batterie à 48V (c’est-à-dire un état de charge de la batterie à 48V chargée par la batterie à 12V supérieur à un premier seuil). En plus, si le moteur thermique est désactivé (ICE), on maintient la charge de la batterie à 48V par la batterie à 12V pendant un temps à une valeur calibrable (par exemple de 1 heure mode de conduite économique enregistré dans le système de gestion de batterie). La désactivation peut être mise en œuvre si le seuil d’état de charge de la batterie à 48V est atteint ou si la batterie à 12 V est trop déchargée (seuil d’état de charge prédéfini). On peut prévoir une procédure de demande d'activation de charge et de désactivation de charge. Cette fonction a pour but de définir la demande d'activation et de désactivation de la charge de la batterie à 48V par le chargeur externe à 12V. Pour la demande d'activation, nous devrions avoir, lors d'un temps de calibrage, les conditions suivantes remplies : - une première activation de circuit auxiliaire c’est-à-dire les contacteurs de la batterie sont fermés et autorisent une charge par phase de roulage ou par réveil d’un calculateur correspondant ; - l’état de charge de la batterie à 12V est supérieur au deuxième seuil calibré. Cette condition peut être inhibée par calibration ; - la tension à 12V du convertisseur DCDC est supérieure au troisième seuil. Alors le chargeur externe à 12V est connecté d'un côté à une prise de courant domestique (AC≈230V) et de l'autre aux bornes de la batterie et/ou à la masse. En outre, la tension d'absorption est appliquée lorsque la batterie à 12V est déchargée. C'est la tension qui lui permet d'absorber l'énergie d'une manière ou d'une autre. De plus, le calculateur du convertisseur DCDC est éveillé (on se base sur l'état du convertisseur DCDC), Par ailleurs, l’état de charge de la batterie à 48V est inférieur au premier seuil à calibré en fonction de la température, de l’état de charge de la batterie à 48V et de l'état de la configuration du véhicule. Concernant maintenant la demande de désactivation de la charge de batterie, le circuit auxiliaire est activé et, lors d'un temps de calibrage, les conditions suivantes sont remplies : - l’état de charge de la batterie à 12V est inférieur au deuxième seuil calibré. Cette condition peut être inhibée par calibration ; - la tension à 12V du convertisseur DCDC est inférieure au troisième seuil calibré ; - l’état de charge de la batterie à 48V est supérieur au premier seuil calibré en fonction de la température, du l’état de charge de la batterie à 48V et de l'état de la configuration du véhicule. Selon le cas, la charge demandée peut ensuite être autorisée ou inhibée par un module correspondant. Concernant l’inhibition de la charge, on peut envisager une reconfiguration pour inhiber par exemple s’il y a un défaut dans le convertisseur DCDC ou la batterie à 48V ou la batterie à 12V ou une perte de communication entre les modules ; ou si nous avons une demande de désactivation de la charge ou si le moteur (ICE) est activé, ou si la batterie 48V est chargée par la batterie à 12V pendant un temps calibrable. Concernant l’autorisation la charge, on peut envisager une demande d’activation, si le moteur (ICE) est désactivé. Concernant la consigne de courant à 12V du convertisseur DCDC, cette fonction est activée en charge de la batterie à 48V par la batterie à 12V et le convertisseur DCDC est alors en mode stimulation (« boost ») de courant c’est-à-dire lorsque les conditions d’activations sont remplies, le moteur thermique est désactivé et les contacteurs batterie sont fermés. La fonction est composée de la consigne de tension à 12 V du régulateur PID calculée en fonction d’une cartographie qui dépend de la température et de l’état de charge de la batterie à 12 V, afin d'éviter une décharge excessive. La consigne est calibrée à la tension de charge flottante si la batterie 12V est déchargée, pour décharger un peu la batterie à 12V et pour assister le chargeur externe 12V si la batterie à 12V est complètement chargée. Une pente (rate limiter) sur le calcul de la consigne peut être prévue afin d'éviter les appels de courant brutaux côté 12V à l'activation de la stratégie de la charge de la batterie à 48V par la batterie à 12V. Un régulateur PID adaptatif calcule la consigne de courant du convertisseur DCDC à 12V en comparant la tension instantanée à 12V du convertisseur DCDC et la consigne de tension à 12V. La dynamique du régulateur doit être calibrée pour être lente, afin d'éviter les perturbations dans le réseau à 12V. En plus, les coefficients du régulateur PID seront PID spécifique afin d’affiner la commande et d’améliorer la stabilité du système non linéaire incertain. Système électronique de batterie de traction d’un véhicule automobile de type hybride comprenant un moteur thermique, le système électronique comprenant : - une batterie à haute tension ; - un convertisseur DCDC bidirectionnel connecté à la batterie à haute tension ; - un chargeur externe ou une source d’énergie électrique externe, connecté à la batterie basse tension; - une batterie à basse tension connectée au chargeur externe ou à la source d’énergie électrique externe ; caractérisé en ce que le système électronique comprend en outre - un moyen d’activation (M5) activant une charge accessoire (E8) si l’état de charge de la batterie à haute tension est inférieur à un premier seuil (E2) ; si l’état de charge de la batterie à basse tension est supérieur à un deuxième seuil (E3) ; et si la tension du convertisseur DCDC est supérieure à un troisième seuil (E4), la charge accessoire (E8) étant une charge de la batterie à haute tension à partir du chargeur externe ou de la source d’énergie électrique externe connectée à la batterie à basse tension, elle-même étant connectée au convertisseur DCDC, lui-même étant connecté à la batterie à haute tension ; et - un moyen d’autorisation (M8) autorisant ladite charge accessoire (E8) si les contacteurs de la batterie (M7) à haute tension sont fermés (E7), et si le moteur thermique (M6) est désactivé (E6). Système électronique selon la revendication 1, comprenant en outre un moyen de calibration de consigne pour calibrer une consigne de courant à basse tension pour le convertisseur DCDC, le moyen de calibration comprenant un régulateur PID adaptatif. Système électronique selon la revendication 2, comprenant en outre un moyen de stimulation (M11) du convertisseur DCDC activé si : - l’état de charge de la batterie à haute tension est inférieur à un premier seuil (E2) ; si l’état de charge de la batterie à basse tension est supérieur à un deuxième seuil (E3) ; et la tension du convertisseur DCDC est supérieure à un troisième seuil (E4) ; et - les contacteurs de la batterie (M7) à haute tension sont fermés (E7), et si le moteur thermique (M6) est désactivé (E6), le moyen de stimulation (M11) appliquant une consigne de tension déterminée par le moyen de calibration en fonction d’une cartographie qui dépend de la température et de l’état de charge de la batterie à basse tension. Système électronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre : - un moyen de précharge mettant en œuvre une précharge des contacteurs de la batterie à haute tension par l’intermédiaire du convertisseur DCDC ou d’un circuit de précharge au niveau de la batterie si : l’état de charge de la batterie à haute tension est inférieur à un premier seuil (E2) ; l’état de charge de la batterie à basse tension est supérieur à un deuxième seuil (E3) ; et la tension du convertisseur DCDC est supérieure à un troisième seuil (E4) ; et le moteur thermique (M6) est désactivé (E6) ; et - un moyen de charge fermant les contacteurs de la batterie à haute tension (M7) pour mettre en œuvre la charge accessoire (E8) avec une ou ladite consigne de courant à basse tension pour le convertisseur DCDC. Système électronique selon l’une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que la consigne est calibrée par le moyen de calibration de consigne. Système électronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen d’activation est maintenu, si le moteur est activé pendant un temps résiduel calibrable, de préférence d’une heure, et le moyen d’activation est désactivé ensuite. Système électronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la batterie à haute tension est une batterie à 48V et la batterie à basse tension est une batterie à 12V. Véhicule automobile comprenant à moteur de traction, comprenant un système électronique de batterie selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. Procédé de charge d’une batterie à haute tension au moyen d’un système électronique de batterie selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant les étapes suivantes : - activer une charge accessoire (E8) si l’état de charge de la batterie à haute tension est inférieur à un premier seuil (E2) ; si l’état de charge de la batterie à basse tension est supérieur à un deuxième seuil (E3) ; et si la tension du convertisseur DCDC est supérieure à un troisième seuil (E4) ; et - autoriser ladite charge accessoire (E8) si les contacteurs de la batterie (M7) à haute tension sont fermés (E7), et si le moteur thermique (M6) est désactivé (E6).