Brevet FR3129776A1 — publié le 20230602

Dans ce procédé de refroidissement d’une batterie de véhicule électrique ou hybride, on met en œuvre les étapes suivantes : - on détermine une courbe de puissance thermique théorique (102) dissipée par la batterie en fonction du temps lors d’un rechargement continu de la batterie et la durée du rechargement, - on détermine la puissance thermique maximale dissipée par la batterie lors du rechargement, - on détermine une puissance maximale de refroidissement (106) d’un dispositif de refroidissement de la batterie, - on détermine une température maximale théorique qu’atteint la batterie lors d’un rechargement, - on compare la puissance maximale de refroidissement (106) avec la puissance thermique maximale dissipée par la batterie, puis - on lance le rechargement de la batterie et, en fonction de la comparaison, on impose une puissance de refroidissement au dispositif de refroidissement selon un ou plusieurs paliers successifs de vitesses de rotation du compresseur dégressifs. Figure pour l’abrégé : figure 2 PROCEDE DE REFROIDISSEMENT OPTIMISE D’UNE BATTERIE DE VEHICULE ELECTRIQUE OU HYBRIDE L’invention concerne les véhicules automobiles électriques ou hybrides. Plus précisément, l’invention se rapporte à un procédé de refroidissement d’une batterie de véhicule électrique ou hybride. Un véhicule automobile électrique ou hybride comporte une batterie dont l’utilisation permet de fournir de la puissance électrique au véhicule. Préalablement à cette utilisation, la batterie doit être rechargée en l’alimentant avec un courant électrique. Afin de réduire autant que possible la durée de ce rechargement, durant laquelle le véhicule ne peut être utilisé pour rouler, on connait dans l’état de la technique des procédés dits de « fast charging », ou rechargement rapide, mettant en œuvre un courant électrique continu de fort ampérage. La puissance électrique fournie à la batterie étant une fonction croissante du courant, on comprend que l’augmentation du courant permet une augmentation de la puissance de rechargement. Cependant, la puissance thermique dissipée par la batterie, par effet Joule, est également une fonction croissante du courant, et évolue même avec le carré du courant. Cette puissance thermique dissipée par la batterie engendre une augmentation de sa température. Or une batterie présente une gamme de température dans laquelle elle présente un fonctionnement optimal, si bien qu’il est nécessaire de s’assurer que leur température reste dans ladite gamme. Sa température doit ainsi rester à tout instant supérieure à une température minimale d’utilisation optimale et rester inférieure à une température limite, ou maximale, d’utilisation optimale, ces deux valeurs de température étant prédéterminées pour une batterie donnée. A cet égard, il est connu d’utiliser un dispositif de refroidissement du véhicule, tel qu’un système de climatisation, pour refroidir la batterie pendant le rechargement rapide. Toutefois, les besoins en refroidissement de la batterie dépendent de plusieurs paramètres, notamment l’état de charge, communément désigné par le sigle SOC pour les termes anglo-saxons « state of charge », de la batterie et de la température extérieure. Il est ainsi nécessaire d’adapter le refroidissement par le système de climatisation à chaque rechargement, voire de ralentir le rechargement si nécessaire. Il est connu à cette fin de piloter en temps réel la recharge et le refroidissement de manière à maintenir la température de la batterie dans la gamme tout le long du rechargement. Cependant, cela peut créer une gêne chez l’utilisateur du véhicule. En effet, ce pilotage peut donner lieu à des ralentissements du rechargement et à des accélération/ralentissements du dispositif de refroidissement qui sont difficilement interprétables par l’utilisateur, d’autant que deux rechargements successifs du système de batterie ne suivront pas forcément les mêmes cycles de rechargement et de refroidissement. L’utilisateur du véhicule peut, erronément, interpréter cela comme un disfonctionnement du véhicule, ce qu’il est préférable d’éviter. L'invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients en permettant un refroidissement le plus optimisé possible de la batterie pendant son rechargement, ce sans multiplier des phases différentes de refroidissement et de rechargement pouvant engendrer une confusion chez l’utilisateur du véhicule. A cet effet, on prévoit selon l’invention un procédé de refroidissement d’une batterie de véhicule électrique ou hybride dans lequel : - on détermine une courbe de puissance thermique théorique dissipée par la batterie en fonction du temps lors d’un rechargement continu de la batterie à puissance de chargement maximale et de la durée du rechargement de la batterie, - on détermine la puissance thermique maximale dissipée par la batterie lors du rechargement, - on détermine une puissance maximale de refroidissement d’un dispositif de refroidissement de la batterie, - on détermine une température maximale théorique qu’atteint la batterie lors d’un rechargement à puissance de chargement maximale, en tenant compte notamment de la courbe de puissance thermique théorique dissipée par la batterie, de la température extérieure et de l’état de charge initial de la batterie, - on compare la puissance maximale de refroidissement avec la puissance thermique maximale dissipée par la batterie, puis - on lance le rechargement de la batterie et, en fonction de la comparaison, on impose une puissance de refroidissement au dispositif de refroidissement selon un ou plusieurs paliers successifs décroissants dans le temps. Ainsi, il est possible d’optimiser le rechargement et le refroidissement de la batterie grâce à la détermination et la comparaison des grandeurs listées ci-dessus. L’idée générale est de permettre un rechargement et un refroidissement les plus puissants au moins en début de recharge, et si la puissance de rechargement maximale est supérieure à la puissance de refroidissement maximale, alors on adapte ces puissances dans au moins une deuxième phase afin d’obtenir un équilibre convenable entre le rechargement et le refroidissement. On comprend alors que le temps de rechargement peut être optimisé en fonction des paramètres de la batterie, notamment son état de charge, et de paramètres extérieurs, tels que la température ambiante et la puissance maximale du dispositif de refroidissement. En outre, grâce à la mise en œuvre de paliers successifs de rotation du compresseur du dispositif de refroidissement qui sont décroissants dans le temps, le fonctionnement parait conforme à l’intuition générale de l’utilisateur du véhicule. En effet, il sait qu’une batterie dissipe moins de chaleur au fur et à mesure qu’elle se recharge, d’où la baisse du besoin en refroidissement par le dispositif de refroidissement au fur et à mesure du rechargement de la batterie. Les paliers successifs décroissants de vitesse de rotation du compresseur ne sont donc pas une source de confusion pour l’utilisateur. Avantageusement, si la puissance thermique maximale dissipée par la batterie est supérieure à la puissance maximale de refroidissement, on compare également la température maximale théorique de la batterie avec une température d’utilisation maximale de la batterie. Il est ainsi aussi possible d’adapter le procédé de refroidissement de la batterie afin de faire en sorte que sa température ne dépasse par une température prédéterminée. Cela est préférable car un tel dépassement pourrait détériorer la batterie. Selon un premier mode d’implémentation de l’invention dans lequel la température maximale théorique de la batterie est supérieure à la température d’utilisation maximale de la batterie, le procédé comprend successivement : - une première phase de haut refroidissement, lors de laquelle la puissance de recharge est à puissance de recharge maximale et lors de laquelle on impose un premier palier à la puissance de refroidissement égal à la puissance de refroidissement maximale au dispositif de refroidissement, tout le long de la phase de haut refroidissement, - une phase de régulation du rechargement, faisant suite à la phase de haut refroidissement, lors de laquelle on impose toujours un premier palier à la puissance de refroidissement égal à la puissance de refroidissement maximale du dispositif de refroidissement ainsi qu’une puissance de rechargement de la batterie selon une consigne inférieure à la puissance de recharge maximale de sorte que la puissance thermique dissipée par la batterie soit égale à la puissance de refroidissement maximale imposée au dispositif de refroidissement, et - une phase de bas refroidissement, succédant la phase de régulation du rechargement, lors de laquelle la puissance de recharge est à puissance de recharge maximale et lors de laquelle on impose une puissance de refroidissement au dispositif de refroidissement au selon un ou plusieurs paliers, jusqu’à la fin du rechargement de la batterie de sorte que, lors de la phase de bas refroidissement, la puissance moyenne de refroidissement est égale à la puissance moyenne thermique dissipée par la batterie, la phase de bas refroidissement s’achevant à la fin du rechargement de la batterie. Ce mode d’implémentation correspond au cas où le dispositif de refroidissement ne permet pas un refroidissement suffisant de la batterie pour maintenir sa température inférieure à la température d’utilisation maximale de la batterie en cas de rechargement non bridé de la batterie tout le long du rechargement. Dans ce cas-là, on bride temporairement la puissance de rechargement pour permettre au refroidissement de rattraper la puissance thermique dissipée par la batterie. De préférence, la phase de haut refroidissement s’achève lorsque la température réelle de la batterie atteint la température d’utilisation maximale. On maximise ainsi la période pendant laquelle la puissance de rechargement est maximale, ce qui permet de minimiser la durée du rechargement de la batterie. De préférence, la phase de régulation du rechargement s’achève lorsque la puissance thermique réelle dissipée par la batterie rejoint la puissance thermique théorique dissipée par la batterie. Cela permet de minimiser la durée de la phase de régulation durant laquelle on bride la puissance de rechargement et contribue ainsi à réduire la durée du rechargement de la batterie. Selon un deuxième mode d’implémentation de l’invention dans lequel la température maximale théorique de la batterie est inférieure à la température d’utilisation maximale de la batterie, le procédé comprend successivement : - une phase de haut refroidissement, lors de laquelle la puissance de recharge est à puissance de recharge maximale et lors de laquelle on impose une puissance de refroidissement au dispositif de refroidissement selon un palier inférieur à la puissance de refroidissement maximale du dispositif de refroidissement, tout le long de la phase de haut refroidissement, - une phase de bas refroidissement, succédant la phase de haut refroidissement, lors de laquelle la puissance de recharge est à puissance de recharge maximale et lors de laquelle on impose une puissance de refroidissement selon un ou plusieurs paliers décroissants dans le temps et inférieurs au palier de vitesse de rotation intermédiaire de sorte que, lors de la phase de bas refroidissement, la puissance moyenne de refroidissement est égale à la puissance thermique moyenne dissipée par la batterie, la phase de bas refroidissement s’achevant à la fin du rechargement de la batterie. Ce mode d’implémentation correspond au cas où le dispositif de refroidissement permet un refroidissement suffisant de la batterie pour maintenir sa température inférieure à la température d’utilisation maximale de la batterie en cas de rechargement non bridé de la batterie tout le long du rechargement. Dans ce cas-là, il est possible de permettre une puissance de rechargement maximal tout le long du rechargement en imposant des paliers successifs décroissants de vitesse de rotation du compresseur du dispositif de refroidissement choisis pour limiter la puissance de refroidissement. Cela permet de limiter la consommation énergétique du dispositif de refroidissement tout en maintenant la température de la batterie inférieure à sa température d’utilisation maximale. De préférence, la phase de haut refroidissement s’achève lorsque la puissance thermique dissipée par la batterie atteint le palier de la puissance de refroidissement du dispositif de refroidissement. On maximise ainsi la période pendant laquelle la puissance de rechargement est maximale, ce qui permet de minimiser la durée du procédé de rechargement de la batterie. Selon un troisième mode d’implémentation de l’invention dans lequel la puissance maximale de refroidissement est supérieure à la puissance thermique maximale dissipée par la batterie lors du rechargement à puissance de recharge maximale, le procédé comprend une unique phase de haut refroidissement, s’achevant en même temps que le rechargement de la batterie, lors de laquelle la puissance de recharge est à puissance de recharge maximale et lors de laquelle on impose une puissance de refroidissement au dispositif de refroidissement selon un ou plusieurs paliers inférieurs à la puissance de refroidissement maximale du dispositif de refroidissement, tout le long de la recharge de la batterie, de sorte que la température réelle de la batterie reste comprise entre la température d’utilisation maximale de la batterie et une température seuil d’utilisation optimale de la batterie. Ce mode d’implémentation correspond au cas où le dispositif de refroidissement permet un refroidissement suffisant pour empêcher toute élévation de température de la batterie pendant le rechargement. Dans ce cas-là, on limite tout de même la puissance de refroidissement afin de limiter la consommation énergétique du dispositif de refroidissement. De préférence, la phase de haut refroidissement débute si la température initiale de la batterie est supérieure ou égale à la température seuil d’utilisation optimale de la batterie. Ainsi, s’il est nécessaire de faire monter la température de la batterie afin par exemple d’en améliorer les conditions d’utilisation si elle présente initialement une température trop basse, alors on prévoit une phase de rechargement sans refroidissement de la batterie. Avantageusement, le dispositif de refroidissement de la batterie est compris dans un dispositif de climatisation d’un habitacle de véhicule, la détermination de la puissance maximale de refroidissement du dispositif de refroidissement de la batterie correspondant à la puissance maximale de refroidissement du dispositif de climatisation retranché de la puissance de refroidissement utilisé pour le refroidissement de l’habitacle. L’invention peut ainsi être adaptée au cas où le dispositif de refroidissement n’est pas entièrement dédié au refroidissement de la batterie, ce qui améliore la souplesse de l’invention. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la est une vue schématique d’un véhicule automobile comprenant une batterie et un dispositif de refroidissement, la est un graphique représentant l’évolution de la puissance thermique dissipée par la batterie, de la puissance de refroidissement fournie par le dispositif de refroidissement et de la température de la batterie en fonction du temps selon un premier mode d’implémentation d’un procédé de refroidissement selon l’invention, la est un graphique représentant l’évolution de la puissance thermique dissipée par la batterie, de la puissance de refroidissement fournie par le dispositif de refroidissement et de la température de la batterie en fonction du temps selon un deuxième mode d’implémentation du procédé de refroidissement selon l’invention, et la est un graphique représentant l’évolution de la puissance thermique dissipée par la batterie, de la puissance de refroidissement fournie par le dispositif de refroidissement et de la température de la batterie en fonction du temps selon un troisième mode d’implémentation du procédé de refroidissement selon l’invention. Procédé de refroidissement d’une batterie (4) de véhicule électrique ou hybride (2), caractérisé en ce que : - on détermine une courbe de puissance thermique théorique (102, 202, 302) dissipée par la batterie (4) en fonction du temps lors d’un rechargement continu de la batterie à puissance de chargement maximale et de la durée du rechargement de la batterie, - on détermine la puissance thermique maximale (Ptmax) dissipée par la batterie (4) lors du rechargement, - on détermine une puissance maximale de refroidissement (Pcmax) d’un dispositif de refroidissement (6) de la batterie (4), le dispositif de refroidissement (6), - on détermine une température maximale théorique (Tmax) qu’atteint la batterie (4) lors d’un rechargement à puissance de recharge maximale, en tenant compte notamment de la courbe de puissance thermique théorique (102, 202, 302) dissipée par la batterie (4), de la température extérieure et de l’état de charge initial de la batterie (4), - on compare la puissance maximale de refroidissement (Pcmax) avec la puissance thermique maximale (Ptmax) dissipée par la batterie (4), puis - on lance le rechargement de la batterie (4) et, en fonction de la comparaison, on impose une puissance de refroidissement au dispositif de refroidissement (6) selon un ou plusieurs paliers successifs décroissants dans le temps. Procédé selon la revendication 1, dans lequel si la puissance thermique maximale (Ptmax) dissipée par la batterie (4) est supérieure à la puissance maximale de refroidissement (Pcmax), on compare également la température maximale théorique (Tmax) de la batterie (4) avec une température d’utilisation maximale (Tlim) de la batterie (4). Procédé selon la revendication 2, dans lequel si la température maximale théorique (Tmax) de la batterie (4) est supérieure à la température d’utilisation maximale (Tlim) de la batterie (4), alors le procédé comprend successivement : - une première phase de haut refroidissement (A), lors de laquelle la puissance de recharge est à puissance de recharge maximale et lors de laquelle on impose un premier palier à la puissance de refroidissement égal à la puissance de refroidissement maximale (Pcmax) au dispositif de refroidissement (6), tout le long de la phase de haut refroidissement, - une phase de régulation du rechargement (B), faisant suite à la phase de haut refroidissement, lors de laquelle on impose toujours un premier palier à la puissance de refroidissement égal à la puissance de refroidissement maximale (Pcmax) du dispositif de refroidissement (6) ainsi qu’une puissance de rechargement de la batterie (4) selon une consigne inférieure à la puissance de recharge maximale de sorte que la puissance thermique (112) dissipée par la batterie (4) soit égale à la puissance de refroidissement maximale (Pcmax) imposée au dispositif de refroidissement (6), et - une phase de bas refroidissement (C), succédant la phase de régulation du rechargement (B), lors de laquelle la puissance de recharge est à puissance de recharge maximale et lors de laquelle on impose une puissance de refroidissement (116) au dispositif de refroidissement (6) au selon un ou plusieurs paliers (P1), jusqu’à la fin du rechargement de la batterie (4) de sorte que, lors de la phase de bas refroidissement (C), la puissance moyenne de refroidissement est égale à la puissance moyenne thermique dissipée par la batterie (4), la phase de bas refroidissement (C) s’achevant à la fin du rechargement de la batterie (4). Procédé selon la revendication 3, dans lequel la phase de haut refroidissement (A) s’achève lorsque la température réelle (114) de la batterie (4) atteint la température d’utilisation maximale (Tlim). Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel la phase de régulation du rechargement (B) s’achève lorsque la puissance thermique réelle (112) dissipée par la batterie (4) rejoint la puissance thermique théorique (102) dissipée par la batterie (4). Procédé selon la revendication 2, dans lequel si la température maximale théorique (Tmax) de la batterie (4) est inférieure à la température d’utilisation maximale (Tlim) de la batterie (4), alors le procédé comprend successivement : - une phase de haut refroidissement (A), lors de laquelle la puissance de recharge est à puissance de recharge maximale et lors de laquelle on impose une puissance de refroidissement (216) au dispositif de refroidissement (6) selon un palier (P2) inférieur à la puissance de refroidissement maximale (Pcmax) du dispositif de refroidissement (6), tout le long de la phase de haut refroidissement, - une phase de bas refroidissement (C), succédant la phase de haut refroidissement (A), lors de laquelle la puissance de recharge est à puissance de recharge maximale et lors de laquelle on impose une puissance de refroidissement (216) selon un ou plusieurs paliers (P3) décroissants dans le temps et inférieurs au palier (P2) de la phase de haut refroidissement (A), de sorte que, lors de la phase de bas refroidissement (C), la puissance moyenne de refroidissement est égale à la puissance thermique moyenne dissipée par la batterie (4), la phase de bas refroidissement (C) s’achevant à la fin du rechargement de la batterie. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la phase de haut refroidissement (A) s’achève lorsque la puissance thermique (212) dissipée par la batterie (4) atteint le palier (P2) de la puissance de refroidissement (216) du dispositif de refroidissement (6). Procédé selon la revendication 1, dans lequel si la puissance maximale de refroidissement (Pcmax) est supérieure à la puissance thermique maximale (Ptmax) dissipée par la batterie (4) lors du rechargement à puissance de recharge maximale, alors le procédé comprend une unique phase de haut refroidissement (A), s’achevant en même temps que le rechargement de la batterie, lors de laquelle la puissance de recharge est à puissance de recharge maximale et lors de laquelle on impose une puissance de refroidissement (316) au dispositif de refroidissement (6) selon un ou plusieurs paliers (P4) inférieurs à la puissance de refroidissement maximale (Pcmax) du dispositif de refroidissement (6), tout le long de la recharge de la batterie (4), de sorte que la température réelle (314) de la batterie (4) reste comprise entre la température d’utilisation maximale (Tlim) de la batterie (4) et une température seuil d’utilisation optimale (T0) de la batterie (4). Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel la phase de haut refroidissement (A) débute si la température initiale (Tinit) de la batterie (4) est supérieure ou égale à la température seuil d’utilisation optimale (T0) de la batterie (4). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de refroidissement (6) de la batterie (4) est compris dans un dispositif de climatisation d’un habitacle de véhicule, la détermination de la puissance maximale de refroidissement (Pcmax) du dispositif de refroidissement (6) de la batterie (4) correspondant à la puissance maximale de refroidissement du dispositif de climatisation retranché de la puissance de refroidissement utilisé pour le refroidissement de l’habitacle.