Brevet FR3164423A1 — publié le 20260116

L’invention concerne un véhicule automobile comprenant : - un moteur électrique ; - une pile à combustible et une batterie de traction ; - des moyens d’évaluation d’une puissance (P FC ) et d’une température de la pile (T FC ) ; d’une puissance de la batterie (P B ) ; - un moyen de chauffage de la pile ; et - un moyen de démarrage moteur électrique sur la pile à combustible ou de la batterie électrique, caractérisé en ce que si les puissances et températures (P FC , T FC ) sont inférieures des seuils de puissance (S2, S3), alors le moyen de démarrage actionne le démarrage du moteur électrique sur la pile à combustible, et le chauffage de la pile à combustible. L’invention concerne également un procédé et un programme sur la base d’un tel véhicule. Figure 2 VEHICULE AUTOMOBILE A BATTERIE ET PILE A COMBUSTIBLE, COMPRENANT UN MOYEN DE CHAUFFAGE DE LA PILE AU DEMARRAGE EN FAIBLE CHARGE DE LA BATTERIE, PROCEDE ET PROGRAMME SUR LA BASE D’UN TEL VEHICULE L'invention se rapporte au domaine des véhicules automobiles comportant un système de traction connecté à une batterie de traction et à une pile à combustible. L’invention concerne plus particulièrement la gestion de l’énergie électrique entre la batterie de traction et la pile à combustible. Dans le cas de tels véhicules, des problèmes de démarrage du véhicule et des pannes peuvent survenir lorsque la pile à combustible est froide et la batterie présente un faible état de charge. Le document CN116198390 décrit un procédé et un système de gestion de l'énergie pour le démarrage et le fonctionnement d'une automobile à pile à combustible. La gestion de l'énergie varie en fonction de six scénarios basés sur la température ambiante et l’état de charge. Ce document ne propose pas de pallier le problème susvisé. Un objectif de la présente invention est de remédier aux défauts de l’art antérieur, et notamment de proposer une solution pour assurer le démarrage du véhicule et éviter une panne lorsque la pile à combustible est froide et la batterie a un faible état de charge. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un véhicule automobile comprenant : - un moteur électrique ; - un système d’alimentation du moteur électrique, qui comprend une pile à combustible et une batterie de traction ; - un moyen d’évaluation d’une puissance de la pile ; - un moyen d’évaluation d’une température de la pile ; - un moyen d’évaluation d’une puissance de la batterie ; - un moyen de chauffage de la pile à combustible ; et - un moyen de démarrage actionnant le démarrage du moteur électrique sur la base d’une alimentation de la pile à combustible ou de la batterie électrique, caractérisé en ce que si la puissance de la pile est inférieure à un premier seuil de puissance, la puissance de la batterie est inférieure à un deuxième seuil de puissance, et la température de la pile est inférieure à un seuil de température, alors le moyen de démarrage active le moyen de chauffage qui chauffe la pile à combustible, et le moyen de démarrage actionne le démarrage du moteur électrique sur la base de l’alimentation de la pile à combustible. Avantageusement, l’invention propose une solution de gestion d'énergie permettant de préchauffer la pile à combustible lorsque la batterie a un faible état de charge de sorte à limiter les problèmes de démarrage du véhicule et de pannes. L’invention permet d’améliorer la fiabilité du démarrage et le fonctionnement du véhicule dans des conditions de basse température et de batterie faible, en optimisant l'utilisation de l'énergie disponible. Cela évite à l’utilisateur de tomber en panne. Par ailleurs, cela protège les composants clés du véhicule automobile comme la pile à combustible et la batterie. De préférence, le premier seuil de puissance est de 0W ; le deuxième seuil de puissance est compris entre 3kW et 16kW, de préférence de 8kW ; et le seuil de température est compris entre 3°C et 20°C, de préférence de 10°C. Cela permet de préserver les batteries usuelles des démarrages à froid. Préférentiellement, le moyen de chauffage chauffe la pile à combustible à une température comprise entre 5°C et 20°C, de préférence 15°C. Cela permet d’atteindre la température optimale de fonctionnement de la pile à combustible. De préférence, la batterie de traction est connectée à un convertisseur DCDC qui est connecté au moteur électrique, caractérisé en ce que le moyen de démarrage limite la puissance du convertisseur DCDC de sorte à actionner le démarrage du moteur électrique sur la base de l’alimentation de la pile à combustible. Cela permet de limiter facilement la puissance allouée au moteur électrique et de démarrer sur la base de la pile à combustible. Préférentiellement, un moyen d’évaluation d’une puissance disponible résultante de la pile par rapport à la batterie ; caractérisé en ce que le moyen d’évaluation de la puissance disponible évalue une limitation de puissance disponible entre la batterie et la pile à combustible sur la base des formules suivantes : avec , la limitation de puissance disponible ; , la puissance de la batterie de traction ; et , la puissance de la pile à combustible. Cela permet d’avoir une évaluation précise de la puissance résiduelle disponible résultante de la pile par rapport à la batterie. De préférence, le véhicule automobile comprend en outre des consommateurs électriques connectés à la pile à combustible et à la batterie de traction, caractérisé en ce que le moyen d’évaluation évalue en outre une échelle de priorité des consommateurs électriques ainsi que la puissance allouée aux consommateurs électriques au moyen de la formule suivante : avec , la puissance allouée à un consommateur donné ; , la puissance disponible dans les réseaux à haute tension ; , la somme des puissances des consommateurs électriques ayant une priorité plus élevée que celle du consommateur ; , la limite de puissance du consommateur ; , la puissance maximale du consommateur. Cela permet d’avoir une évaluation précise de la puissance allouée aux consommateurs. Un autre objet de l’invention concerne un procédé de contrôle de démarrage d’un véhicule automobile selon l’invention, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : – une étape d’évaluation d’une puissance de la pile ; - une étape d’évaluation d’une température de la pile ; - une étape d’évaluation d’une puissance de la batterie ; - une étape de démarrage dans laquelle on actionne le démarrage du moteur électrique sur la base d’une alimentation de la pile à combustible ou de la batterie électrique, caractérisé en ce que si la puissance de la pile est inférieure à un premier seuil de puissance, la puissance de la batterie est inférieure à un deuxième seuil de puissance, et la température de la pile est inférieure à un seuil de température, alors on chauffe la pile à combustible, et on actionne le démarrage du moteur électrique sur la base de l’alimentation de la pile à combustible. De préférence, le procédé de contrôle de démarrage comprend en outre une étape d’évaluation d’une puissance disponible résultante de la pile par rapport à la batterie, dans laquelle on évalue une limitation de puissance disponible entre la batterie et la pile à combustible sur la base des formules suivantes : avec , la limitation de puissance disponible ; , la puissance de la batterie de traction ; et , la puissance de la pile à combustible. Préférentiellement, dans l’étape d’évaluation, on évalue en outre une échelle de priorité des consommateurs électriques ainsi que la puissance allouée aux consommateurs électriques au moyen de la formule suivante : avec , la puissance allouée à un consommateur donné ; , la puissance allouée au consommateur de plus haute priorité ; , la somme des puissances des consommateurs électriques ayant une priorité plus élevée que celle du consommateur ; , la limite de puissance du consommateur ; , la puissance maximale du consommateur. L’invention porte en outre sur un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de contrôle de démarrage selon l’invention, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. L'invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées dans lesquelles : - FIG. 1 illustre schématiquement une évolution des états de charge de la batterie et de la pile à combustible en fonction du temps avec des ordres de priorités de consommateurs dans le cadre du fonctionnement d’un véhicule automobile selon un mode de réalisation préféré de l’invention ; et - FIG. 2 illustre un schéma des conditions de mise en œuvre d’un démarrage sur la base de la pile à combustible dans le cadre de l’invention. L’invention propose un système et un procédé de gestion d'énergie à haute tension dans un véhicule comprenant une batterie de traction et une pile à combustible FC. La gestion de l’invention permet le préchauffage de pile à combustible FC (ou « Fuel Cell System » en langue anglaise, ou en abrégé « FCS ») lorsque la batterie haute tension est à un faible état de charge afin d'assurer le démarrage du véhicule et d'éviter à l’utilisateur de tomber en panne. Cette stratégie permet en outre de protéger la pile à combustible FC et la batterie. La stratégie de contrôle se base sur les étapes suivantes : - une étape de détection de la situation de fonctionnement avec pile à combustible à froid et la batterie à haute tension à faible état de charge ; - une étape de calcul de la limitation de puissance disponible résultante entre la batterie et la pile à combustible ; - une étape de calcul des allocations de puissance des systèmes électriques à haute tension. Concernant la détection de la situation de fonctionnement, son évaluation est basée sur le logigramme de la FIG. 2 . La requête de démarrage avec la pile FC à froid est désactivée (référence FC_0) en situation standard. Dans une première hypothèse, si la puissance instantanée de la pile à combustible est supérieure à un premier seuil, ici de 0W, alors la requête de démarrage avec la pile FC à froid, est maintenue désactivée (référence FC_0). Dans la négative à la première hypothèse, on vérifie dans une deuxième hypothèse si la puissance de la batterie en valeur absolue est inférieure à la puissance de batterie à bas état de charge (par exemple en dessous d’un deuxième seuil de puissance S2 compris entre 3kW et 20kW, de préférence de 15kW), et si la température de pile à combustible est inférieure à un premier seuil de température S3. Dans l’affirmative à la deuxième hypothèse, la requête de démarrage avec la pile à froid est activée (référence FC_1). Dans la négative à la deuxième hypothèse, on vérifie dans une troisième hypothèse si la température de pile à combustible FC est supérieure à un deuxième seuil de température S4. Dans l’affirmative à la troisième hypothèse, la requête de démarrage avec la pile à froid est désactivée (référence FC_0). Dans la négative à la troisième hypothèse, on revient à la première hypothèse. Concernant maintenant le calculs de puissance et de limitation, le calcul de la puissance disponible de la batterie à utiliser est déterminé comme suit: Si alors : avec Sinon ou la requête de démarrage avec la pile à froid est activée, alors: avec Sinon alors: . Si la pile à combustible est en fonctionnement, cela étant détecté par l'hystérésis au-delà de la limite de puissance de décharge, la puissance pour la traction électrique doit être limitée aux états de charge inférieurs de la batterie à haute tension. Cela évite que la batterie ne se décharge complètement avant que le réservoir d'hydrogène ne soit vide. Si la pile à combustible est éteinte, l'algorithme est le même que pour les véhicules électriques classiques (dits BEV). L’explication est que si le véhicule roule à vitesse maximale, l'alimentation en énergie par pile à combustible FC n'est pas suffisante, de sorte que la batterie à haute tension doit fournir de l'énergie en complément. Sans cette stratégie, la batterie à haute tension se décharge complètement et le véhicule s'arrête, bien que la pile à combustible FC puisse encore fournir de l'énergie. Cette stratégie garantit un état de charge minimum dans la batterie tant que la pile à combustible FC est en fonctionnement. La puissance disponible résultante entre la batterie et la pile à combustible est: Concernant maintenant les allocations de puissance des systèmes électriques à haute tension, le calcul du vecteur de pic de puissance nominal stabilisé dépend des flux suivants : - la puissance disponible dans les réseaux à haute tension ( ), égale à la puissance maximale que la batterie pourra fournir (pic, nominal, stabilisé), en plus de la puissance de la machine électrique en mode générateur : ; - le vecteur de limitation de puissance: , dépendant de l'activation, de la désactivation et des informations sur la puissance limite pour les consommateurs haute tension (HV), est composé de deux principales fonctions : la limitation de puissance des consommateurs et le vecteur de limitation pour tous les consommateurs électriques. Concernant la limitation de puissance des consommateurs électriques, on la calcule pour chaque consommateur électrique à haute tension : - le convertisseur DCDC (noté DC) : sa puissance est basée sur le potentiel maximal que le convertisseur DCDC peut fournir, cela dépend de plusieurs paramètres tels que la température, la tension du convertisseur DCDC dans le réseau à haute ou basse tension ; - le système thermique : sa puissance est basée sur une cartographie dépendant de l'état de charge (SOC) et de la température de la batterie à haute tension dans le cas nominal ou uniquement de la température de la batterie à haute tension en cas de défaillance du système thermique (refroidissement de la batterie à haute tension) ; - etc. Dans le cas où la requête de démarrage à froid est active, on ajoutera un deuxième vecteur de limitation pour tous les consommateurs électriques côté haute tension afin d'assurer d'avoir plus de puissance pour le système thermique, et d'assurer le chauffage de la pile à combustible pour permettre son activation. Le vecteur de limitation de puissance des consommateurs électriques à haute tension est basé sur : - la limitation de puissance des consommateurs électriques à haute tension ; - l'autorisation d'activation des consommateurs électriques à haute tension basée sur une « Demande du système électrique à 48V » et/ou une « mission interne du système électrique à haute tension » en mode connecté (ou « PlugIn » en langue anglaise) ou non. Des vecteurs de priorité des consommateurs électriques à haute tension permettent de mettre en œuvre une échelle de priorité. Il s’agit de vecteurs d'index de priorité notés . La création de ces vecteurs est basée sur plusieurs flux tels que la « Demande du système électrique 48V » et/ou les « les besoins des consommateurs électriques 48V ». Dans le cas où la requête de démarrage à froid, on changera l'ordre de priorité en mettant en deuxième priorité le système thermique afin d'assurer le chauffage de la pile à combustible pour permettre son activation. On prévoit en outre un vecteur de puissance instantanée des consommateurs à 48V: ; et une calibration permettant de définir la puissance maximale des consommateurs électriques à 48V De préférence, on détermine l’état du système électrique à haute tension : Dans une première étape, on calcule la puissance allouée au consommateur électrique de plus haute priorité avec l'équation : Les vecteurs d'index de priorité permettent de connaître le composant avec l'index d'ordre de priorité le plus élevé (le premier index ). En utilisant cet index, on peut déterminer la limite de puissance de ce consommateur électrique ( ) et la puissance maximale du consommateur à haute tension ( ). Dans la prochaine étape, on calcule la puissance allouée selon l'équation suivante : Les vecteurs d'index de priorité permettent de connaître le composant avec l'index de priorité j (l'index ). En utilisant cet index, on peut déterminer la limite de puissance de ce consommateur électrique et la puissance maximale du consommateur haute tension ( . est la somme des puissances des consommateurs électriques à haute tension ayant une priorité plus élevée que celle du consommateur électrique j. Cette puissance dépend de l'état de la demande du système électrique, des vecteurs d'allocation de puissance et des vecteurs de puissance instantanée. En utilisant cet index, nous pouvons déterminer la limite de puissance de ce consommateur électrique ( et la puissance maximale du circuit à haute tension ( ). est la somme des puissances des consommateurs électriques à haute tension ayant une priorité plus élevée que celle du consommateur électrique à haute tension j. Cette puissance dépend de l'état de la demande du système électrique à haute tension, des vecteurs d'allocation de puissance et des vecteurs de puissance instantanée. L’intérêt de l’invention réside notamment dans la limitation des opérations de maintenance : en effet, en évitant les pannes liées à un démarrage impossible à froid avec une batterie à un faible état de charge, cette invention permet de limiter les opérations de réparation et de remplacement des composants sous garantie. L’invention implique en outre une augmentation de la durée de vie des composants clés : en effet, en protégeant la pile à combustible et la batterie des dommages liés à une utilisation inadéquate à froid, l'invention prolonge leur durée de vie, réduisant les opérations de remplacement prématurées. Véhicule automobile comprenant : - un moteur électrique (ME) ; - un système d’alimentation du moteur électrique, qui comprend une pile à combustible (FC) et une batterie de traction ; - un moyen d’évaluation d’une puissance de la pile (P FC ) ; - un moyen d’évaluation d’une température de la pile (T FC ) ; - un moyen d’évaluation d’une puissance de la batterie (P B ) ; - un moyen de chauffage (TS) de la pile à combustible ; et - un moyen de démarrage actionnant le démarrage du moteur électrique (ME) sur la base d’une alimentation de la pile à combustible (FC) ou de la batterie électrique, caractérisé en ce que si la puissance de la pile (P FC ) est inférieure à un premier seuil de puissance, la puissance de la batterie est inférieure à un deuxième seuil de puissance (S2), et la température de la pile (T FC ) est inférieure à un seuil de température (S3), alors le moyen de démarrage active le moyen de chauffage (TS) qui chauffe la pile à combustible (FC), et le moyen de démarrage actionne le démarrage du moteur électrique (ME) sur la base de l’alimentation de la pile à combustible (FC). Véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de chauffage (TS) chauffe la pile à combustible (FC) à une température comprise entre 5°C et 20°C, de préférence 15°C. Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel la batterie de traction est connectée à un convertisseur DCDC (DC) qui est connecté au moteur électrique (ME), caractérisé en ce que le moyen de démarrage limite la puissance du convertisseur DCDC (DC) de sorte à actionner le démarrage du moteur électrique (ME) sur la base de l’alimentation de la pile à combustible (FC). Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre un moyen d’évaluation d’une puissance disponible résultante de la pile par rapport à la batterie ; caractérisé en ce que le moyen d’évaluation de la puissance disponible évalue une limitation de puissance disponible entre la batterie et la pile à combustible sur la base des formules suivantes : avec , la limitation de puissance disponible ; , la puissance de la batterie de traction ; et , la puissance de la pile à combustible. Véhicule automobile selon la revendication 4, comprenant en outre des consommateurs électriques connectés à la pile à combustible (FC) et à la batterie de traction, caractérisé en ce que le moyen d’évaluation évalue en outre une échelle de priorité (P1, P2) des consommateurs électriques ainsi que la puissance allouée aux consommateurs électriques au moyen de la formule suivante : avec , la puissance allouée à un consommateur donné ; , la puissance disponible dans les réseaux à haute tension ; , la somme des puissances des consommateurs électriques ayant une priorité plus élevée que celle du consommateur ; , la limite de puissance du consommateur ; , la puissance maximale du consommateur. Procédé de contrôle de démarrage d’un véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : – une étape d’évaluation d’une puissance de la pile (P FC ) ; - une étape d’évaluation d’une température de la pile (T FC ) ; - une étape d’évaluation d’une puissance de la batterie (P B ) ; - une étape de démarrage dans laquelle on actionne le démarrage du moteur électrique (ME) sur la base d’une alimentation de la pile à combustible (FC) ou de la batterie électrique, caractérisé en ce que si la puissance de la pile (P FC ) est inférieure à un premier seuil de puissance, la puissance de la batterie est inférieure à un deuxième seuil de puissance (S2), et la température de la pile est inférieure à un seuil de température (S3), alors on chauffe la pile à combustible (FC), et on actionne le démarrage du moteur électrique (ME) sur la base de l’alimentation de la pile à combustible (FC). Procédé de contrôle de démarrage selon la revendication 6, comprenant en outre une étape d’évaluation d’une puissance disponible résultante de la pile par rapport à la batterie, dans laquelle on évalue une limitation de puissance disponible entre la batterie et la pile à combustible sur la base des formules suivantes : avec , la limitation de puissance disponible ; , la puissance de la batterie de traction ; et , la puissance de la pile à combustible. Procédé de contrôle de démarrage selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans l’étape d’évaluation, on évalue en outre une échelle de priorité (P1, P2) des consommateurs électriques ainsi que la puissance allouée aux consommateurs électriques au moyen de la formule suivante : avec , la puissance allouée à un consommateur donné ; , la puissance allouée au consommateur de plus haute priorité ; , la somme des puissances des consommateurs électriques ayant une priorité plus élevée que celle du consommateur ; , la limite de puissance du consommateur ; , la puissance maximale du consommateur. Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de contrôle de démarrage selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.