Brevet FR3132792A1 — publié le 20230818

Un procédé est chargé de contrôler le fonctionnement, en fonction d’au moins une consigne de température, d’un dispositif d’échange thermique couplé à une batterie d’un système ayant un état de charge en cours. Ce procédé comprend une étape (10-20) dans laquelle on détermine, pour un intervalle temporel choisi et pour chacun d’au moins deux intervalles d’états de charge, un temps passé par le système en ayant un état de charge compris dans l’intervalle d’états de charge considéré, puis on détermine, pour chaque intervalle d’états de charge, chaque consigne de température en fonction du temps passé déterminé pour cet intervalle d’états de charge, afin de contrôler le dispositif d’échange thermique pendant une durée choisie en fonction de la consigne de température déterminée pour l’intervalle d’états de charge auquel appartient l’état de charge en cours. Figure 3 CONTRÔLE DE LA CONSIGNE DE TEMPÉRATURE D’UN DISPOSITIF D’ÉCHANGE THERMIQUE COUPLÉ À UNE BATTERIE D’UN SYSTÈME Domaine technique de l’invention L’invention concerne les systèmes comprenant une batterie couplée à un dispositif d’échange thermique, et plus précisément le contrôle du fonctionnement du dispositif d’échange thermique qui est couplé à une telle batterie. Etat de la technique Certains systèmes, comme par exemple certains véhicules (éventuellement de type automobile), comprennent une batterie ayant un état de charge en cours et couplée à un dispositif d’échange thermique qui fonctionne en fonction d’au moins une consigne de température. On notera que lorsque le système est un véhicule, la batterie est parfois dite « principale » (ou de traction) du fait qu’elle est chargée d’alimenter en courant électrique une machine motrice électrique du groupe motopropulseur (ou GMP). Généralement, le dispositif d’échange thermique assure au moins le refroidissement de la batterie lorsqu’une température interne de cette dernière est supérieure à un premier seuil, et interrompt ce refroidissement lorsque cette température interne devient inférieure à un second seuil, strictement inférieur au premier seuil. La régulation thermique est donc de type « tout ou rien ». Mais parfois le dispositif d’échange thermique assure aussi le réchauffage de la batterie lorsqu’une température interne de cette dernière est inférieure à un seuil. La température interne peut être fournie par un modèle théorique ou par le capteur qui est associé à la cellule de la batterie (lorsqu’elle est cellulaire) qui a la température la plus élevée (pour l’activation) ou la plus froide (pour l’interruption). Généralement, la plage de régulation (définie par les premier et second seuils) est fixe quel que soit l’état de charge (ou SOC (« State Of Charge »)) de la batterie. Cette plage est issue d’un compromis entre durabilité et performance tout état de charge confondu. Cette plage de température ignore l’état de charge de la batterie, ce qui contribue à dégrader précocement la capacité de stockage d’énergie électrique de la batterie. En effet, lorsque la batterie est notamment cellulaire la vitesse de vieillissement d’une cellule (qui se traduit par une diminution de sa capacité maximale de stockage) dans son domaine d’utilisation fonctionnel est principalement dépendante de quatre paramètres : la température de la cellule (en raison du principe général d’augmentation des cinétiques de réaction et de la diffusion qui dépendent exponentiellement de la température d’après la loi d’Arrhenius), le niveau de charge (ou quantité d’énergie stockée) de la cellule (plus l’énergie stockée est importante, plus la cinétique de dégradation est importante rapportée au temps), la profondeur de décharge de la cellule (ou quantité d’énergie consommée entre deux recharges), et la plage de décharge de la cellule (ou quantité d’énergie restante dans la cellule en fin de charge). De plus, le courant de charge maximum, à partir duquel peut apparaître le phénomène à proscrire de déposition d’une espèce chimique (par exemple du lithium) qui peut occasionner un risque d’incendie, a aussi une incidence sur la durée de vie d’une cellule de batterie. En effet, pour une cellule donnée, ce courant de charge maximum dépend de trois paramètres : la température interne de la cellule, la quantité d’électricité présente dans la cellule, et la capacité de stockage maximum de la cellule (qui diminue au cours du temps suite à des phénomènes de vieillissement). En outre, le courant de décharge maximum, à partir duquel peuvent apparaître des phénomènes à proscrire, comme par exemple la dissolution du cuivre de l’électrode négative qui peut occasionner un risque d’incendie, a aussi une incidence sur la durée de vie d’une cellule de batterie. En effet, pour une cellule donnée, ce courant de décharge maximum dépend de trois paramètres : la température interne de la cellule, la quantité d’électricité présente dans la cellule, et la capacité de stockage maximum de la cellule (qui diminue au cours du temps suite à des phénomènes de vieillissement). On comprendra donc que la température interne d’une cellule de batterie a deux conséquences : plus elle est élevée, plus la cellule va vieillir vite (car chaque cycle entrainera une perte plus importante d’autonomie, une diminution plus importante des performances et une diminution plus importante du nombre de cycles maximum que pourra effectuer la batterie), et plus elle est basse plus les performances seront faibles (car il y aura une diminution du brio (lors des accélérations dans le cas d’un véhicule), une diminution de la vitesse maximum (dans le cas d’un véhicule), une diminution de la capacité de récupération de l’énergie de freinage (dans le cas d’un véhicule) et donc une diminution de l’autonomie kilométrique), et une augmentation de la résistance interne de la cellule. A titre d’exemple, une diminution de 10°C (typiquement de 35°C à 25°C) de la température des cellules diminue la vitesse de dégradation de la capacité de stockage d’environ 30%, et une diminution de 10°C (typiquement de 35°C à 25°C) de la température des cellules augmente la résistance interne des cellules d’un peu moins de 10%. On notera cependant que les études démontrent que l’impact du SOC est bien plus important que celui de la température interne de la batterie. L’invention a donc notamment pour but de permettre une diminution de la vitesse de vieillissement des batteries lors des phases de fonctionnement de leurs systèmes tout en n’induisant qu’un impact négligeable, ou pour le moins acceptable, sur les pertes de performances et/ou d’autonomie du système. Présentation de l’invention Elle propose notamment à cet effet un procédé de contrôle destiné à être mis en œuvre dans un système comprenant une batterie ayant un état de charge en cours et couplée à un dispositif d’échange thermique fonctionnant en fonction d’au moins une consigne de température. Ce procédé de contrôle se caractérise par le fait qu’il comprend une étape dans laquelle on détermine, pour un intervalle temporel choisi et pour chacun d’au moins deux intervalles d’états de charge, un temps passé par le véhicule en ayant un état de charge compris dans l’intervalle d’états de charge considéré, puis on détermine, pour chaque intervalle d’états de charge, chaque consigne de température en fonction du temps passé déterminé pour cet intervalle d’états de charge, afin de contrôler le dispositif d’échange thermique pendant une durée choisie en fonction de la consigne de température déterminée pour l’intervalle d’états de charge auquel appartient l’état de charge en cours. Cette détermination d’un historique du profil d’utilisation de la batterie, et l’utilisation de cet historique pour adapter les consignes de température du dispositif d’échange thermique permettent d’obtenir un compromis autonomie de fonctionnement du système / durabilité de la batterie qui est bien meilleur que lorsque les consignes de température sont fixes et prédéfinies. Le procédé de contrôle selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - dans un premier mode de réalisation, dans son étape on peut déterminer chaque intervalle d’états de charge ayant un temps passé déterminé supérieur à un seuil choisi, puis on peut déterminer pour chaque intervalle d’états de charge déterminé, dit premier intervalle d’états de charge, chaque consigne de température, dite première consigne de température, et pour chaque autre intervalle d’états de charge non déterminé, dit second intervalle d’états de charge, chaque autre consigne de température, dite seconde consigne de température et différente d’une première consigne de température correspondante ; - dans ce premier mode de réalisation le seuil choisi peut, par exemple, être compris entre 50% et 80% de l’intervalle temporel choisi ; - dans un second mode de réalisation, dans son étape on peut déterminer parmi les intervalles d’états de charge celui qui a le plus grand temps passé déterminé, puis on peut déterminer pour cet intervalle d’états de charge déterminé, dit premier intervalle d’états de charge, chaque consigne de température, dite première consigne de température, et pour chaque autre intervalle d’états de charge non déterminé, dit second intervalle d’états de charge, chaque autre consigne de température, dite seconde consigne de température et différente d’une première consigne de température correspondante ; - dans son étape l’intervalle temporel choisi peut être compris entre 20 heures et 100 heures ; - dans son étape les intervalles d’états de charge peuvent avoir une largeur comprise entre 10% et 30% ; - dans son étape on peut déterminer pour chaque intervalle d’états de charge chaque consigne de température en fonction en outre d’un mode de fonctionnement en cours du système, choisi parmi un mode de recharge de la batterie et un mode de fourniture d’énergie électrique par la batterie, et/ou d’une information représentative d’une durée prévue d’utilisation de la batterie. L’invention propose également un produit programme d’ordinateur comprenant un jeu d’instructions qui, lorsqu’il est exécuté par des moyens de traitement, est propre à mettre en œuvre un procédé de contrôle du type de celui présenté ci-avant pour contrôler le fonctionnement, en fonction d’au moins une consigne de température, d’un dispositif d’échange thermique couplé à une batterie d’un système. L’invention propose également un dispositif de contrôle destiné à équiper un système comprenant une batterie ayant un état de charge en cours et couplée à un dispositif d’échange thermique fonctionnant en fonction d’au moins une consigne de température. Ce dispositif de contrôle se caractérise par le fait qu’il comprend au moins un processeur et au moins une mémoire agencés pour effectuer les opérations consistant à déterminer, pour un intervalle temporel choisi et pour chacun d’au moins deux intervalles d’états de charge, un temps passé par le véhicule en ayant un état de charge compris dans l’intervalle d’états de charge considéré, puis à déterminer, pour chaque intervalle d’états de charge, chaque consigne de température en fonction du temps passé déterminé pour cet intervalle d’états de charge, afin de contrôler le dispositif d’échange thermique pendant une durée choisie en fonction de la consigne de température déterminée pour l’intervalle d’états de charge auquel appartient l’état de charge en cours. L’invention propose également un système, éventuellement un véhicule, et comprenant, d’une part, une batterie ayant un état de charge en cours et couplée à un dispositif d’échange thermique fonctionnant en fonction d’au moins une consigne de température, et, d’autre part, un dispositif de contrôle du type de celui présenté ci-avant. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d’un véhicule comprenant un GMP à machine motrice électrique alimentée par une batterie principale, et un dispositif de contrôle selon l’invention, illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d’un calculateur de batterie comportant un dispositif de contrôle selon l’invention, et illustre schématiquement un exemple d’algorithme mettant en œuvre un procédé de contrôle selon l’invention. Procédé de contrôle pour un système (S) comprenant une batterie (BP) ayant un état de charge en cours et couplée à un dispositif d’échange thermique (DE) fonctionnant en fonction d’au moins une consigne de température, caractérisé en ce qu’il comprend une étape (10-20) dans laquelle on détermine, pour un intervalle temporel choisi et pour chacun d’au moins deux intervalles d’états de charge, un temps passé par ledit système (S) en ayant un état de charge compris dans l’intervalle d’états de charge considéré, puis on détermine, pour chaque intervalle d’états de charge, chaque consigne de température en fonction du temps passé déterminé pour cet intervalle d’états de charge, afin de contrôler ledit dispositif d’échange thermique (DE) pendant une durée choisie en fonction de la consigne de température déterminée pour l’intervalle d’états de charge auquel appartient ledit état de charge en cours. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-20) on détermine chaque intervalle d’états de charge ayant un temps passé déterminé supérieur à un seuil choisi, puis on détermine pour chaque intervalle d’états de charge déterminé, dit premier intervalle d’états de charge, chaque consigne de température, dite première consigne de température, et pour chaque autre intervalle d’états de charge non déterminé, dit second intervalle d’états de charge, chaque autre consigne de température, dite seconde consigne de température et différente d’une première consigne de température correspondante. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit seuil choisi est compris entre 50% et 80% dudit intervalle temporel choisi. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-20) on détermine parmi lesdits intervalles d’états de charge celui qui a le plus grand temps passé déterminé, puis on détermine pour ledit intervalle d’états de charge déterminé, dit premier intervalle d’états de charge, chaque consigne de température, dite première consigne de température, et pour chaque autre intervalle d’états de charge non déterminé, dit second intervalle d’états de charge, chaque autre consigne de température, dite seconde consigne de température et différente d’une première consigne de température correspondante. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-20) ledit intervalle temporel choisi est compris entre 20 heures et 100 heures. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-20) lesdits intervalles d’états de charge ont une largeur comprise entre 10% et 30%. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans ladite étape (10-20) on détermine pour chaque intervalle d’états de charge chaque consigne de température en fonction en outre d’un mode de fonctionnement en cours dudit système (S), choisi parmi un mode de recharge de ladite batterie (BP) et un mode de fourniture d’énergie électrique par ladite batterie (BP), et/ou d’une information représentative d’une durée prévue d’utilisation de ladite batterie (BP). Produit programme d’ordinateur comprenant un jeu d’instructions qui, lorsqu’il est exécuté par des moyens de traitement, est propre à mettre en œuvre le procédé de contrôle selon l’une des revendications 1 à 7 pour contrôler le fonctionnement, en fonction d’au moins une consigne de température, d’un dispositif d’échange thermique (DE) couplé à une batterie (BP) d’un système (S). Dispositif de contrôle (DC) pour un système (S) comprenant une batterie (BP) ayant un état de charge en cours et couplée à un dispositif d’échange thermique (DE) fonctionnant en fonction d’au moins une consigne de température, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un processeur (PR1) et au moins une mémoire (MD) agencés pour effectuer les opérations consistant à déterminer, pour un intervalle temporel choisi et pour chacun d’au moins deux intervalles d’états de charge, un temps passé par ledit système (S) en ayant un état de charge compris dans l’intervalle d’états de charge considéré, puis à déterminer, pour chaque intervalle d’états de charge, chaque consigne de température en fonction du temps passé déterminé pour cet intervalle d’états de charge, afin de contrôler ledit dispositif d’échange thermique (DE) pendant une durée choisie en fonction de la consigne de température déterminée pour l’intervalle d’états de charge auquel appartient ledit état de charge en cours. Système (S) comprenant une batterie (BP) ayant un état de charge en cours et couplée à un dispositif d’échange thermique (DE) fonctionnant en fonction d’au moins une consigne de température, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif de contrôle (DC) selon la revendication 9.