Brevet FR3160813A1 — publié le 20251003

L’invention concerne un procédé de chauffage progressif d’une batterie lithium-ion montée sur un véhicule automobile hybride comportant une étape de détermination d’un couple consigne appliqué à l’arbre primaire ; une étape de régulation du deuxième couple ; une étape de mesure de la puissance de la batterie (PB) ; une étape de mesure de la puissance de la batterie cumulée (IPB) au cours du temps (t) en fonction de la puissance de la batterie (PB) ; une étape d’exécution forcée de la phase de décharge (PhD) lorsque la puissance de la batterie cumulée (IPB) est supérieure à une deuxième valeur seuil (V2) prédéterminée, ladite deuxième valeur seuil (V2) étant inférieure à ladite première valeur seuil (V1), ledit deuxième couple étant positif ; une étape de chauffage progressif de la batterie sans risque de placage du lithium par une succession des phases de décharge (PhD) et des phases de charge (PhC). Figure 1 PROCEDE DE CHAUFFAGE PROGRESSIF D’UNE BATTERIE LITHIUM-ION MONTEE SUR UN VEHICULE AUTOMOBILE HYBRIDE L’invention porte sur le domaine des véhicules automobiles hybrides, et plus particulièrement sur les batteries de ces véhicules. Il est connu de l’art antérieur une demande de brevet CN112428881 qui décrit un dispositif et un procédé de chauffage de batterie pour un véhicule automobile hybride. Le véhicule comporte un moteur électrique, un moteur thermique et une batterie. Le véhicule est configuré pour contrôler la charge et la décharge de ladite batterie. Le véhicule génère des cycles alternatifs de charge et de décharge de la batterie afin de produire de la chaleur par effet Joule. Ainsi, la chaleur augmente la température de la batterie jusqu’à ce qu’elle atteigne une valeur cible prédéfinie. L’invention a pour objectif d’optimiser le chauffage de la batterie en ajustant les cycles alternatifs en fonction de la température afin de maintenir ladite batterie dans un état optimal de fonctionnement. Quand la température de la batterie est inférieure à la valeur cible, le véhicule entre alternativement en charge et en décharge. Quand la batterie présente un état de charge supérieure à un premier seuil de puissance, le véhicule entre en phase de décharge. Quand le véhicule présente un état de charge inférieure à un deuxième seuil de puissance, le véhicule sort de la phase de décharge. Cependant, un inconvénient subsiste. Le dispositif décrit et le procédé associé ne tiennent pas compte du risque de placage du lithium. Ainsi, si la valeur cible n’est pas atteinte, le véhicule continue de générer des cycles de charge et de décharge, ce qui est susceptible de provoquer un placage du lithium diminuant la performance de la batterie et diminuant la durée de vie de ladite batterie. L’objectif de la présente invention est de remédier à ces inconvénients et de permettre chauffage progressif de la batterie sans engendrer la détection d’un risque de placage du lithium. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un procédé de chauffage progressif d’une batterie lithium-ion montée sur un véhicule automobile, ledit véhicule comportant une pédale d’accélération, des roues, un moteur électrique et un moteur thermique, le moteur électrique et le moteur thermique étant reliés aux roues par un arbre primaire configuré pour transmettre l’énergie mécanique générée par le moteur thermique et le moteur électrique vers lesdites roues pour déplacer ledit véhicule, ledit moteur électrique étant relié à ladite batterie par l’intermédiaire d’un convertisseur DC/AC configuré pour commander une phase de décharge de la batterie au cours de laquelle ledit convertisseur DC/AC transforme un courant continu de ladite batterie en un courant alternatif pour alimenter ledit moteur électrique et d’un convertisseur AC/DC configuré pour commander une phase de charge de la batterie au cours de laquelle ledit convertisseur AC/DC transforme le courant alternatif du moteur électrique en courant continu pour alimenter ladite batterie, la phase de décharge et la phase de charge étant effectuées alternativement de façon à générer une dissipation thermique par effet Joule pour chauffer ladite batterie, un premier couple étant appliqué sur le moteur thermique et un deuxième couple étant appliqué sur le moteur électrique, ladite batterie comportant une anode et une cathode, ladite batterie comportant du lithium apte à se déplacer de l’anode vers la cathode durant la phase de décharge et de la cathode vers l’anode durant la phase de charge, une première valeur seuil pour laquelle la phase de charge est interrompue pour éviter le risque de placage du lithium, le placage du lithium étant le dépôt de lithium sous forme solide sur la surface de l’anode lors de la phase de charge, remarquable en ce que ledit procédé comporte les étapes suivantes : - une étape de détermination d’un couple consigne appliqué à l’arbre primaire en fonction de l’état d’enfoncement de la pédale d’accélération par le conducteur, le couple consigne étant égale à la somme du premier couple et du deuxième couple, ladite batterie étant dans la phase de décharge lorsque ledit deuxième couple est positif, ladite batterie étant dans la phase de charge lorsque ledit deuxième couple est négatif ; - une étape de mesure de la puissance de la batterie ; - une étape de mesure de la puissance de la batterie cumulée au cours du temps en fonction de la puissance de la batterie mesurée lors de l’étape de mesure de la puissance de la batterie lorsque la puissance de la batterie est supérieure à une puissance de recharge continue prédéterminée, ladite puissance de recharge continue correspondant à la puissance admissible par ladite batterie sans limitation de temps et sans engendrer le risque de placage du lithium ; - une étape d’exécution forcée de la phase de décharge lorsque la puissance de la batterie cumulée est supérieure à une deuxième valeur seuil prédéterminée, ladite deuxième valeur seuil étant inférieure à ladite première valeur seuil, ledit deuxième couple étant positif ; - une étape de chauffage progressif de la batterie sans risque de placage du lithium par une succession des phases de décharge et des phases de charge la puissance de la batterie cumulée restant inférieure à ladite deuxième valeur seuil. Grâce à l’invention, la batterie fonctionne de manière optimale en évitant la détection d’un risque de placage du lithium. La température de la batterie augmente progressivement. Avantageusement, la batterie comporte un capteur de mesure de la température, ledit procédé comportant une étape d’arrêt lorsque la température mesurée par ledit capteur de mesure de la température atteint une valeur seuil de température prédéterminée. De préférence, lors de l’étape d’arrêt, la puissance de la batterie est supérieure à la puissance de recharge continue prédéterminée. L’invention concerne également un dispositif de chauffage configuré pour mettre en œuvre ledit procédé de chauffage progressif d’une batterie lithium-ion montée sur un véhicule automobile hybride précédemment décrit, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte un moyen de détermination du couple consigne, un moyen de régulation du deuxième couple, un moyen de mesure de la puissance de la batterie, un moyen de mesure de la puissance de la batterie cumulée et un moyen d’exécution forcée de la phase de décharge lorsque la puissance de la batterie cumulée est supérieure à la deuxième valeur seuil prédéterminée. En outre, l’invention concerne un véhicule automobile hybride comportant un dispositif de chauffage selon l’invention. L’invention sera davantage détaillée par la description d’un mode de réalisation non limitatif, et sur la base de la figure annexée illustrant l’invention, dans laquelle FIG. 1 illustre schématiquement une représentation graphique de la puissance d’une batterie lithium-ion montée sur un véhicule automobile hybride en fonction du temps, corrélée à une représentation graphique de la puissance de la batterie cumulée en fonction du temps. Il est illustré schématiquement sur la FIG. 1 une représentation graphique de la puissance d’une batterie PB lithium-ion montée sur un véhicule automobile hybride en fonction du temps t, corrélée à une représentation graphique de la puissance de la batterie cumulée IPB en fonction du temps t. Les représentations graphiques illustrent une première période A durant laquelle la batterie présente un risque de placage du lithium et une seconde période B durant laquelle la batterie met en œuvre le procédé de chauffage progressif d’une batterie lithium-ion montée sur un véhicule automobile hybride conforme à la présente invention. La batterie lithium-ion est un type de batterie rechargeable dans laquelle le lithium se déplace de l'anode vers la cathode pendant la décharge et de la cathode vers l’anode pendant la charge. La batterie lithium-ion est en capacité de fournir une puissance stable sur une longue période de temps t, ce qui présente un avantage dans son utilisation dans le cadre des véhicules automobiles électriques ou hybrides. Le placage du lithium est un phénomène susceptible de se produire dans la batterie lithium-ion lorsque les conditions de charge ou de décharge ne sont pas optimales. En effet, le placage du lithium est le phénomène durant lequel le lithium se dépose sur la surface de l’anode sous forme solide durant la charge. Le placage du lithium intervient lorsque la batterie est surchargée, lorsque la batterie est déchargée à une température particulièrement basse ou encore lorsque ladite batterie est soumise à des courants de charge excessivement élevés. Le placage du lithium est susceptible d’engendrer des courts-circuits au sein de ladite batterie, réduisant ainsi la performance de ladite batterie et par conséquent du véhicule. Par ailleurs, le placage du lithium est susceptible de provoquer une détérioration précoce de la batterie, diminuant ainsi la durée de vie de ladite batterie. En outre, ledit véhicule comporte des roues, un moteur électrique et un moteur thermique. Le moteur électrique et le moteur thermique sont reliés aux roues par un arbre primaire configuré pour transmettre l’énergie mécanique générée par le moteur thermique et par le moteur électrique vers les roues du véhicule pour permettre son déplacement. Le véhicule comporte un convertisseur DC/AC (acronyme signifiant en langue anglaise Alternati ng Current/Direct Current) et un convertisseur AC/DC (acronyme signifiant en langue anglaise Direct Current/Alternati ng Current) , le convertisseur DC/AC et le convertisseur AC/DC liant chacun le moteur électrique à ladite batterie. Le convertisseur DC/AC est configuré pour commander une phase de décharge PhD de la batterie. Le convertisseur AC/DC est configuré pour commander une phase de charge PhC de la batterie. La phase de décharge PhD se caractérise par une phase au cours de laquelle le convertisseur DC/AC transforme un courant continu en un courant alternatif. Le courant continu est émis par ladite batterie. Le courant continu est transformé en courant alternatif pour alimenter ledit moteur électrique. La phase de charge PhC de la batterie est une phase au cours de laquelle le convertisseur AC/DC transforme le courant alternatif dudit moteur électrique en courant continu pour alimenter ladite batterie. La phase de décharge PhD et la phase de charge PhC sont effectuées alternativement de manière cyclique. Un tel cycle de phase de décharge PhD et de phase de charge PhC génère une dissipation thermique par effet Joule. L’effet Joule est un phénomène thermique qui intervient lorsqu’un courant électrique traverse un matériau conducteur d’électricité. En effet, lorsqu’un courant électrique traverse le matériau conducteur d’électricité, l’énergie électrique est convertie en chaleur. En phase de charge PhC, ladite batterie est susceptible de subir un phénomène de placage du lithium si la puissance de la batterie PB est trop importante ou si la durée de la phase de charge PhC est trop importante. Pour réduire le risque de détérioration de la batterie, une première valeur seuil V1 est prédéfinie. En d’autres termes, la première valeur seuil V1 est la valeur pour laquelle la phase de charge PhC est interrompu pour limiter le risque de placage du lithium. Sur la période A illustrée en FIG. 1 , la représentation graphique illustre la puissance de la batterie PB, alternativement en phase de décharge PhD et en phase de charge PhC, en fonction du temps t lorsque la batterie présente un risque de placage du lithium. La première courbe PBA est la courbe représentant la puissance de la batterie attendue au cours du temps t. La puissance de la batterie attendue est la puissance permettant le fonctionnement optimal du véhicule. Une deuxième courbe PBR représente la puissance de la batterie réelle. La puissance de la batterie réelle prend en considération l’impact du placage du lithium. En phase de charge PhC, et en cas de placage du lithium, la puissance de la batterie réelle est inférieure à la puissance de la batterie attendue. Les performances du véhicule ne sont donc pas optimales. Sur la représentation graphique illustrant la puissance de la batterie cumulée IPB en fonction du temps t, la première valeur seuil V1 est représentée. Au cours de la période A, la puissance de la batterie cumulée IPB atteint rapidement la première valeur seuil V1, ce qui engendre l’interruption prématurée de la phase de charge PhC et donc une dissipation thermique par effet Joule moindre, ce qui a pour conséquence de réduire les performances de la batterie. De cette façon, la puissance de la batterie cumulée IPB diminue progressivement après deux cycles de phase de charge PhC et de phase de décharge PhD. La conséquence principale du mode de réalisation illustré sur la période A est une température stationnaire de ladite batterie. En effet, l’écart entre la puissance de la batterie PB en phase de charge PhC et la puissance de la batterie PB en phase de décharge ne génère pas une dissipation thermique par effet Joule suffisante pour permettre d’augmenter la température de ladite batterie. La période A illustre les conséquences des procédés de chauffage de la batterie selon l’art antérieur. La période B représente les résultats perçus lorsque ledit procédé de chauffage progressif de la batterie, objet de la présente demande de brevet, est mis en œuvre. Le procédé comporte une étape de détermination d’un couple consigne appliqué à l’arbre primaire en fonction de la volonté d’un conducteur du véhicule. Le couple est une mesure de la force de rotation que le moteur électrique et/ou le moteur thermique peut produire. La volonté du conducteur est interprétée en fonction de l’état d’enfoncement de la pédale d’accélération par le conducteur. En effet, si la pédale est enfoncée à 90% par exemple, cela est interprété comme une demande de puissance importante. Un premier couple est appliqué sur le moteur thermique et un deuxième couple est appliqué sur le moteur électrique. Le deuxième couple est alternativement positif ou négatif. La batterie est en phase de décharge PhD lorsque le deuxième couple est positif. A l’inverse, la batterie est en phase de charge PhC lorsque le deuxième couple est négatif. Le deuxième couple est toujours l’opposé du premier couple. Ainsi, la somme du premier couple et du deuxième couple est égale au couple consigne. Le procédé comporte une étape de mesure de la puissance de la batterie PB telle que cela est représentée sur la représentation graphique illustrant la puissance de la batterie PB en fonction du temps t. En pratique, la puissance de la batterie PB varie entre – 20000 W et 15 000 W. Lors d’une étape de mesure de la puissance de la batterie cumulée IPB, la puissance de la batterie cumulée IPB est mesurée à partir de la puissance de la batterie PB mesurée lors de l’étape de mesure de la puissance de la batterie PB. L’étape de mesure de la puissance de la batterie cumulée IPB est uniquement mise en œuvre lorsque la puissance de la batterie PB est supérieure à une puissance de recharge continue PRC. La puissance de recharge continue PRC est la puissance admissible par la batterie sans limitation de temps et sans engendrer le risque de placage du lithium. Lors d’une étape d’exécution forcée, la phase de décharge PhD est provoquée lorsque la puissance de la batterie cumulée IPB est supérieure à une deuxième valeur seuil V2 prédéterminée. La deuxième valeur seuil V2 est inférieure à la première valeur seuil V1. La différence entre la première valeur seuil V1 et la deuxième valeur seuil V2 est une marge de protection qui réduit drastiquement, voire rend nul, le risque de placage du lithium. Lors d’une étape de chauffage progressif, ladite batterie augmente sa température progressivement sans induire un risque de placage du lithium car la puissance de la batterie cumulée IPB reste inférieure à ladite deuxième valeur seuil V2. La batterie se réchauffe donc progressivement par une succession de phases de décharge PhD et de phases de charge PhC. Avantageusement, ladite batterie comporte un capteur de mesure de la température et le procédé comporte une étape d’arrêt lorsque la température mesurée par ledit capteur de mesure de température de la batterie atteint une valeur seuil de température prédéterminée. En d’autres termes, lorsque la batterie présente une température au moins égale à ladite valeur seuil de température prédéterminée, la batterie n’est plus soumise aux cycles de phase de charge PhC et de phase de décharge PhD. De préférence, lors de l’étape d’arrêt, la puissance de la batterie PB est supérieure à la puissance de recharge continue PRC prédéterminée. En effet, lorsque la puissance de la batterie PB est supérieure à la puissance de recharge continue PRC, la puissance de la batterie PB est suffisante pour permettre le fonctionnement du moteur thermique efficacement, y compris lorsque la volonté du conducteur est faible voire négative, par exemple lors d’une décélération lorsque ledit moteur thermique est en état de fonctionnement. De plus, lorsque la puissance de la batterie PB est supérieure à la puissance de recharge continue PRC, la batterie est en capacité de récupérer l’énergie cinétique lors du freinage du véhicule depuis une vitesse élevée jusqu’à l’arrêt du véhicule, sans que cela n’engendre le placage du lithium. En outre, l’invention concerne un dispositif configuré pour mettre en œuvre ledit procédé de chauffage progressif d’une batterie lithium-ion montée sur un véhicule automobile hybride. Le dispositif comporte un moyen de mesure de la puissance de la batterie PB, un moyen de calcul de la puissance de la batterie cumulée IPB et un onduleur configuré pour interrompre la phase de charge PhC et activer la phase de décharge PhD lorsque la batterie est en phase de charge PhC et lorsque la puissance de la batterie cumulée IPB est supérieure à la deuxième valeur seuil V2 prédéterminée. L’invention concerne également un véhicule automobile hybride comportant un tel dispositif précédemment décrit. Procédé de chauffage progressif d’une batterie lithium-ion montée sur un véhicule automobile, ledit véhicule comportant une pédale d’accélération, des roues, un moteur électrique et un moteur thermique, le moteur électrique et le moteur thermique étant reliés aux roues par un arbre primaire configuré pour transmettre l’énergie mécanique générée par le moteur thermique et le moteur électrique vers lesdites roues pour déplacer ledit véhicule, ledit moteur électrique étant relié à ladite batterie par l’intermédiaire d’un convertisseur DC/AC configuré pour commander une phase de décharge (PhD) de la batterie au cours de laquelle ledit convertisseur DC/AC transforme un courant continu de ladite batterie en un courant alternatif pour alimenter ledit moteur électrique et d’un convertisseur AC/DC configuré pour commander une phase de charge (PhC) de la batterie au cours de laquelle ledit convertisseur AC/DC transforme le courant alternatif du moteur électrique en courant continu pour alimenter ladite batterie, la phase de décharge (PhD) et la phase de charge (PhC) étant effectuées alternativement de façon à générer une dissipation thermique par effet Joule pour chauffer ladite batterie, un premier couple étant appliqué sur le moteur thermique et un deuxième couple étant appliqué sur le moteur électrique, ladite batterie comportant une anode et une cathode, ladite batterie comportant du lithium apte à se déplacer de l’anode vers la cathode durant la phase de décharge (PhD) et de la cathode vers l’anode durant la phase de charge (PhC), une première valeur seuil (V1) pour laquelle la phase de charge (PhC) est interrompue pour éviter le risque de placage du lithium, le placage du lithium étant le dépôt de lithium sous forme solide sur la surface de l’anode lors de la phase de charge (PhC), caractérisé en ce que ledit procédé comporte les étapes suivantes : - une étape de détermination d’un couple consigne appliqué à l’arbre primaire en fonction de l’état d’enfoncement de la pédale d’accélération par le conducteur, le couple consigne étant égale à la somme du premier couple et du deuxième couple, ladite batterie étant dans la phase de décharge (PhD) lorsque ledit deuxième couple est positif, ladite batterie étant dans la phase de charge (PhC) lorsque ledit deuxième couple est négatif ; - une étape de mesure de la puissance de la batterie (PB) ; - une étape de mesure de la puissance de la batterie cumulée (IPB) au cours du temps (t) en fonction de la puissance de la batterie (PB) mesurée lors de l’étape de mesure de la puissance de la batterie (PB) lorsque la puissance de la batterie (PB) est supérieure à une puissance de recharge continue (PRC) prédéterminée, ladite puissance de recharge continue (PRC) correspondant à la puissance admissible par ladite batterie sans limitation de temps et sans engendrer le risque de placage du lithium ; - une étape d’exécution forcée de la phase de décharge (PhD) lorsque la puissance de la batterie cumulée (IPB) est supérieure à une deuxième valeur seuil (V2) prédéterminée, ladite deuxième valeur seuil (V2) étant inférieure à ladite première valeur seuil (V1), ledit deuxième couple étant positif ; - une étape de chauffage progressif de la batterie sans risque de placage du lithium par une succession des phases de décharge (PhD) et des phases de charge (PhC), la puissance de la batterie cumulée (IPB) restant inférieure à ladite deuxième valeur seuil (V2). Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la batterie comporte un capteur de mesure de la température, ledit procédé comportant une étape d’arrêt lorsque la température mesurée par ledit capteur de mesure de la température atteint une valeur seuil de température prédéterminée. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que, lors de l’étape d’arrêt, la puissance de la batterie (PB) est supérieure à la puissance de recharge continue (PRC) prédéterminée. Dispositif de chauffage configuré pour mettre en œuvre ledit procédé de chauffage progressif d’une batterie lithium-ion montée sur un véhicule automobile hybride selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte un moyen de détermination du couple consigne, un moyen de régulation du deuxième couple, un moyen de mesure de la puissance de la batterie (PB), un moyen de mesure de la puissance de la batterie cumulée (IPB) et un moyen d’exécution forcée de la phase de décharge (PhD) lorsque la puissance de la batterie cumulée (IPB) est supérieure à la deuxième valeur seuil (V2) prédéterminée. Véhicule automobile hybride comportant un dispositif de chauffage selon la revendication 4.