FR2818201A1

FR2818201A1 - Vehicule automobile a motorisation hybride a regulation de la temperature de la batterie

Info

Publication number: FR2818201A1
Application number: FR0016363A
Authority: FR
Inventors: Eric Chauvelier; Stephane Hemedinger
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2002-06-21
Anticipated expiration: 2020-12-15
Also published as: FR2818201B1

Abstract

La présente invention concerne un véhicule automobile à motorisation hybride dont la supervision prend en compte la régulation de la température de la batterie d'accumulateurs. Pour atteindre cet objectif, le superviseur de roulage du véhicule automobile place en modes de régénération ou en mode de récupération une variable d'état (hyst_mode_temp_batterie) sur l'une de deux valeurs de sorte que la batterie soit refroidie dès que sa température mesurée dépasse un seuil (Seuil_température-haut) inférieur à la température (Seuil_critique) au-delà de laquelle le moteur électrique ne doit plus fonctionner comme moteur du véhicule. Le fonctionnement en mode électrique ne reprend qu'après que la température de la batterie ne sera revenue sous une température (Seuil_température_batterie) prédéterminée.Application à l'industrie automobile.

Description

Véhicule automobile à motorisation hybride à régulation de la température de la batterie
La présente invention concerne un véhicule automobile à motorisation hybride dont la supervision prend en compte la régulation de la température de la batterie d'accumulateurs.

Dans l'état de la technique, on a déjà décrit des véhicules automobiles entraînés par deux moteurs, l'un étant un moteur à explosions, le second étant un moteur électrique. Le véhicule automobile comporte des moyens de transmission du couple moteur produit par l'un ou l'autre des moteurs aux roues motrices du véhicule. Un problème particulier a déjà été résolu qui permet, au moyen d'un superviseur de roulage, de déterminer dans quelle circonstance lequel des deux moteurs doit être connecté aux roues motrices. De telles circonstances sont rencontrées lorsque l'on teste des conditions comme la vitesse du véhicule, la régularité de l'allure et la consommation d'essence. Un exemple d'une telle solution est exposé notamment dans le brevet français du même déposant publié sous le numéro FR-A-2.770. 808 auquel il est par ailleurs fait référence pour exposer les moyens connus mis en oeuvre dans la présente invention.

Dans une telle solution, le superviseur de roulage ou le conducteur décide de quelle source d'énergie la chaîne de motorisation se servira dans la phase ultérieure. Cependant, quand le véhicule à motorisation hybride est en mode de fonctionnement électrique, l'énergie est prélevée sur une batterie d'accumulateurs qui produit un courant électrique sous une tension déterminée par conversion électrochimique. Une telle conversion produit une élévation de température de la batterie qui peut voir sa puissance disponible se réduire ou qui peut même être détruite.

Dans l'état de la technique, on a déjà proposé de mesurer la température de la batterie, de transmettre cette mesure au superviseur de roulage qui détermine en fonction de paramètres

ou de lois prédéterminées s'il est autorisé de poursuivre le fonctionnement électrique de la motorisation hybride. Quand une alarme est déclenchée, le mode de fonctionnement électrique est inhibé et le superviseur de roulage repasse la chaîne de motorisation en mode thermique au moins tant que la température de la batterie n'est pas revenue dans une zone de valeurs permises.

Cependant, la technique antérieure qui consiste à inhiber le fonctionnement en utilisant le moteur électrique pour le roulage lorsque la température de la batterie dépasse une valeur de seuil, ne permet pas de trouver un rendement optimal de la chaîne motrice. Plus encore, il existe des circonstances dans lesquelles le véhicule ne peut fonctionner en mode électrique parce que sa batterie est trop chaude, ce qui peut être un inconvénient, par exemple quand le véhicule à motorisation hybride se trouve dans une zone de circulation réglementée au point de vue de la pollution par moteur thermique.

La présente invention permet de porter remède à ces inconvénients de l'état de la technique. En effet, la présente invention concerne un véhicule automobile à motorisation hybride, du type dans lequel une chaîne motrice comporte notamment un moteur électrique et un moteur thermique qui fournissent un couple moteur de façon à contribuer à l'entraînement du véhicule, et du type dans lequel un superviseur comporte un générateur qui produit des signaux de commande de la chaîne motrice pour la placer dans un mode de fonctionnement choisi parmi un mode électrique et un mode thermique, le moteur électrique étant alimenté par une batterie du genre qui s'échauffe quand elle se décharge. Le superviseur comporte un générateur d'un signal de commande de changement de mode qui reçoit un signal de mesure de la température instantanée de la batterie et qui, . quand le superviseur indique un mode de fonctionnement électrique, prend une valeur indicatrice d'un mode de

fonctionnement thermique quand la température de batterie dépasse un premier seuil prédéterminé, ou bien quand le superviseur indique un mode de fonctionnement thermique, prend une valeur indicatrice d'un mode de fonctionnement électrique quand la température de batterie est inférieure à un second seuil prédéterminé une valeur indicatrice d'un mode de fonctionnement électrique, les premier et second seuils prédéterminés étant inférieurs à une température critique d'indisponibilité de la batterie de sorte que la batterie reste en permanence disponible à une demande de l'utilisateur, ledit générateur du signal de changement de mode étant connecté comme entrée de commande au générateur de commande de fonctionnement des moteurs thermique et électrique.

Selon un autre aspect, le véhicule de l'invention est du genre dans lequel la batterie se refroidit de manière forcée lorsqu'elle se recharge. Lors du fonctionnement commandé par le dépassement du premier seuil prédéterminé, la batterie est rechargée par régénération ou par récupération de sorte que la température de la batterie revienne en dessous du second seuil prédéterminé.

Selon un autre aspect de l'invention, le superviseur reçoit une demande de fonctionnement en mode hybride d'un moyen de sélection de mode, une condition selon laquelle le signal de commande représentatif de la demande de régulation de la température de la batterie est indicateur d'un passage en mode hybride est ajoutée à la condition selon laquelle l'une au moins des ressources demande un fonctionnement en mode hybride, de sorte que une variable d'état représentative d'une mise en marche du moteur thermique est mise à la valeur VRAI, si ladite condition est VRAI, et à la valeur FAUX sinon, et en ce que un coefficient de régénération th~régénération est mis à la valeur nulle, de sorte que la régulation de la batterie est assurée par refroidissement

naturel ou par recharge par récupération d'énergie issue du moteur thermique.

Selon un autre aspect de l'invention, quand le superviseur reçoit une demande de fonctionnement en mode de récupération d'un moyen de sélection de mode, si le signal d'état vaut la valeur indicative d'un passage en mode hybride, un module de calcul du coefficient de récupération pour fixer la part de la puissance du

moteur thermique allouée à la récupération comporte un moyen de calcul qui effectue l'opération :

h',. (Cdemandé - couple moteur électrique) 'CMp/'o =------------==---=----- - Oh m

*la valeur C~demandé étant produite par un organe de demande de couple, . la valeur couple-moteur-électrique étant calculée par un moyen de calcul qui détermine le couple sous lequel le moteur électrique fonctionnera comme génératrice en mode de récupération, et . le paramètre Cth~max étant enregistré dans un moyen mémoire et étant représentatif du couple maximum pouvant être produit par le moteur thermique, et en ce que si le signal d'état hyst~mode~temp~batterie-vaut la valeur indicative d'un passage en mode électrique, le moyen de détermination du coefficient de récupération fixe le coefficient de récupération à la valeur nulle sauf si un mode de récupération est déterminé par le contrôleur d'état de la batterie le coefficient de récupération étant fixé à 1.

Selon un autre aspect de l'invention, la chaîne de motorisation étant du genre hybride parallèle, caractérisé en ce que le moyen de calcul du couple détermine le couple du moteur électrique désiré en calculant à l'aide du rapport de boîte de

vitesses le couple du moteur thermique par la forme :

Cth Puissance roue - puissance électrique - xk Rapport

la valeur Puissance roue étant produite à partir des variables d'état Vitesse roue de vitesse de rotation de la roue, et Couple~à~la~roue de couple sur la roue motrice à l'aide d'un moyen de calcul enregistrant une table prédéterminée dans le moyen de calcul du couple, la valeur Puissance~électrique étant produite par un moyen de calcul de la puissance de recharge de la batterie, la valeur Rapport étant produite par un moyen de calcul du rapport de boîte de vitesses, et le paramètre k étant fourni par un moyen mémoire du moyen de calcul.

Selon un autre aspect de l'invention, le moteur électrique étant connecté sur l'arbre secondaire de la boîte de vitesses, le module de calcul du coefficient de récupération comporte un moyen de correction de la valeur du couple demandé en rapportant cette valeur sur l'arbre secondaire de la boîte de vitesses.

Selon un autre aspect de l'invention, le module de calcul du coefficient de récupération comporte un module de calcul du rapport de boîte de vitesses qui permet d'optimiser la consommation du moteur thermique.

Selon un autre aspect de l'invention, le module de calcul du coefficient de récupération comporte un module de calcul de la puissance de recharge de la batterie en fonction de variables d'état Etat~de~jauge mesurant l'état de la charge instantanée de

la batterie et Température~batterie mesurant la température de la batterie à réguler, la variable Puissance-batterie étant calculée à l'aide d'une table préenregistrée dont les entrées sont adressées par les variables d'état Température batterie et Etatdejauge.

Selon un autre aspect de l'invention, le module de calcul du coefficient de récupération comporte aussi un moyen de correction l'indication de la puissance de recharge de façon à produire une variable représentative de la puissance instantanée

de recharge de la batterie de façon à optimiser son refroidissement.

Selon un autre aspect de l'invention, la chaîne de motorisation étant du genre hybride série, caractérisé en ce que le moyen de calcul du couple (qui détermine le couple du moteur électrique désiré, comporte un moyen de calcul de la puissance électrique de recharge de la batterie, connecté à un moyen de calcul de la puissance thermique nécessaire pour assurer notamment la fourniture de la puissance de recharge de la batterie, à l'aide du couple du moteur thermique et de son régime de sorte que la consommation du moteur thermique soit minimisée.

Selon un autre aspect de l'invention, le véhicule automobile comporte un moyen de sélection entre une architecture série et une architecture parallèle et en ce que le superviseur comporte des moyens de calcul du coefficient de récupération selon l'une ou l'autre des architectures.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une courbe décrivant les variations possibles du signal de commande selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'un véhicule hybride mettant en oeuvre un premier mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 3 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un superviseur dans un mode préféré de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est un graphique établissant le fonctionnement en recharge d'un type de batteries préférées pour l'invention ; - la figure 5 est un organigramme d'une partie du fonctionnement du superviseur de la figure 3 ; et

- la figure 6 est un schéma bloc d'une partie essentielle du superviseur de la figure 3.

A la figure 1, on a représenté une courbe décrivant les variations possibles du signal de commande selon l'invention.

Quand le véhicule hybride est en fonctionnement"tout thermique", le moyen de l'invention n'a pas réellement d'application.

Cependant, dans les deux modes hybride et "tout électrique", la question de la régulation de la température de la batterie est résolue grâce à la production d'un signal de consigne, dénommé hyst~mode~temp~batterie et qui prend deux valeurs, respectivement < Electrique > pour indiquer un mode de fonctionnement "tout électrique"et < Hybride > pour indiquer un mode hybride de fonctionnement de la chaîne motrice. Le signal de consigne hyst~mode~temp~batterie, ou variable d'état, est représenté en ordonnées du graphique de la figure 1, la température instantanée de la batterie Température-batterie étant portée en abscisses.

A la figure 2, on a représenté un schéma de principe de l'invention. Le véhicule hybride comporte essentiellement une chaîne de motorisation 1 et un superviseur de roulage 2. La chaîne de motorisation 1 comporte essentiellement un moteur thermique 3, alimenté en carburant par un réservoir (non représenté) et un moteur électrique 4, alimenté en électricité par une batterie d'accumulateurs électriques 6 à travers un onduleur redresseur 5. Chaque moteur comporte un arbre de sortie 9 ou 10 de l'énergie mécanique qui est combinée dans un dispositif de transmission 7 connecté aux roues motrices 8. Le dispositif de transmission 7 comprend classiquement un embrayage (non représenté) pour l'arbre 9 du moteur thermique et une boîte de vitesses (non représentée) à au moins deux couplages d'entrée respectivement pour l'arbre de sortie de l'embrayage et l'arbre du moteur électrique. L'arbre de sortie de la boîte de vitesses est enfin connecté aux roues motrices 8 par l'intermédiaire de tout moyen convenable comme un différentiel. Selon les architectures

de la chaîne de motorisation, l'énergie mécanique provenant de chacun des moteurs peut être combinée en série ou en parallèle, une seule d'entre elles peut être active ou les deux, et enfin, tout ou partie de l'énergie mécanique provenant du moteur thermique peut être transmise à l'arbre de sortie 10 du moteur électrique 4 qui fonctionne alors en génératrice dans les modes de fonctionnement dits de récupération et de régénération. Dans ces deux modes, l'onduleur redresseur 5 fonctionne en redresseur chargeur de la batterie 6. Ces deux modes sont généralement aussi inclus dans le mode dit"hybride".

Chaque élément précité de la chaîne de motorisation 1 coopère avec un contrôleur d'état, respectivement 11 pour le moteur thermique 3,12 pour le moteur électrique 4 et 13 pour la batterie 6. Chaque contrôleur d'état 11 à 13, et d'autres non directement concernés par la présente invention, produit des variables d'état de l'élément contrôlé à destination du superviseur de roulage 2 et reçoit éventuellement au moins un signal de commande ou de consigne du superviseur de roulage 2 en fonction de la programmation du superviseur de roulage. Le superviseur de roulage 2 est essentiellement réalisé à partir d'un ordinateur ou d'un réseau de calculateurs selon des architectures non concernées par la présente invention.

A la figure 2, on a aussi représenté un moyen 14 pour présenter une demande de couple, sous la forme d'une variable d'état C-demandé qui est présentée à un générateur de commande 16 de la chaîne de motorisation 1. Dans un mode préféré de réalisation, ce moyen 14 pour présenter une demande de couple est classiquement réalisé à l'aide de la pédale d'accélérateur à la disposition du conducteur.

A la figure 2, on a aussi représenté un moyen 15 de sélection de mode de fonctionnement de la chaîne de motorisation qui produit un signal de commande mode-sélectionné à destination du générateur de commande 16

de la chaîne de motorisation 1. Dans le mode préféré de réalisation, ce moyen 15 de sélection de mode comporte un sélecteur manuel à trois positions, respectivement, < Electrique > pour imposer un fonctionnement "tout-électrique", < Thermique > pour imposer un fonctionnement"tout~thermique"et < Hybride > pour imposer un fonctionnement "hybride" à la chaîne de motorisation. Le sélecteur manuel est à la disposition du conducteur.

La batterie 6 est une batterie dont le fonctionnement lors de sa décharge entraîne une élévation de température, à la base du problème résolu par l'invention. Il est donc naturel que la régulation de la température de la batterie, intervienne essentiellement dans les modes dans lesquels le moteur électrique consomme du courant. Quand le moteur électrique ne consomme plus de courant, la batterie se refroidit naturellement.

On va décrire un cycle de fonctionnement naturel selon la figure 1. On suppose que le véhicule de l'invention démarre en mode électrique. La variable de commande hyst~mode~temp~batterie produite par le générateur 17, initialisé par la variable mode-sélectionné placée à la valeur < Electrique > se trouve à la valeur < Electrique et la température de la batterie transmise par le contrôleur 13 sous la forme de la variable température-batterie est faible. Le point de fonctionnement est représenté en A à la Figure1.

Lors du roulage en mode électrique, le générateur 17 qui produit la variable de commande autorise le fonctionnement en mode électrique et le superviseur 2 qui comporte un calculateur 16 produit un signal de commande Ce indicateur du couple électrique de consigne que produit le moteur électrique 4 sous la commande de son contrôleur 12. Pour produire ce couple demandé, le moteur électrique 4 reçoit du courant alternatif issu du convertisseur 5 connecté aux bornes de la batterie 6, qui se décharge au cours du fonctionnement. Il résulte de sa nature que

la température de la batterie 6 s'élève, ce qui est mesuré par le contrôleur d'état 13, la variable d'état Température-batterie produite par le contrôleur 13 étant fournie alors en entrée du générateur 17 interne au superviseur 2 de l'invention. Le point de fonctionnement sur le graphique de la figure 1 se déplace donc sur l'axe horizontal issu du point A vers la droite. Quand il parvient au point B correspondant à une température prédéterminée Seuil~température~haut enregistrée dans le générateur 17 du superviseur 2 et la variable hyst~mode~temp~batterie valant < Electrique > , le générateur 17 change la valeur de sa variable d'état de sortie qui prend la valeur < Hybride > . Le point de fonctionnement suit le segment vertical pour parvenir sur le segment supérieur [CD], la température de la batterie valant Seuil~température~haut.

Cette valeur Seuil-température-haut est, et c'est une caractéristique essentielle de la présente invention, inférieure à la valeur Seuil-critique représentée à la Figure 1 et qui mesure la température au-delà de laquelle la batterie ne devrait plus être raisonnablement utilisée en décharge.

Une fois en fonctionnement hybride, une stratégie prioritaire peut, dans un mode de réalisation, consister à-passer en motorisation thermique. Dans ce cas, le moteur électrique 4 étant arrêté, la batterie 6 ne se décharge plus et elle se refroidit naturellement. Le contrôleur 13 retourne une variable d'état Température-batterie qui se réduit. Le point de fonctionnement se décale alors vers la gauche selon la flèche Ft.

Cependant, en mode hybride, le superviseur peut demander à repasser en fonctionnement électrique. C'est toujours possible, même si la variable d'état hyst~mode~temp~batterie vaut < Hybride > et non pas < Electrique > , parce que cette variable, bien que produite dans le superviseur 2 par le générateur 17, n'est pas nécessairement prioritaire. Une telle commutation de mode est toujours possible, car on est certain que la température

de la batterie reste inférieure sa température critique Seuil-critique. Dans ce cas, le point de fonctionnement peut suivre la flèche Fe vers la droite, dans tous les cas avant que le point de fonctionnement n'atteigne le point C.

Dans un autre mode de réalisation, la régulation de température de la batterie imposée par le générateur 17 de la variable d'état hyst~mode~temp~batterie impose une motorisation thermique telle que le point de fonctionnement suit la flèche Ft jusqu'à ce que la température de la batterie atteigne la valeur Seuil~température~bas au point D.

Le générateur 17, informé de cet état par la mesure Température-batterie, bascule alors'la variable d'état hyst~mode~temp~batterie sur la valeur < Electrique > et le point de fonctionnement passe de D en E. Puis, le moteur électrique 4 étant redémarré sous la commande du générateur 16 qui lui fournit une commande Ce, la batterie 6 se réchauffe et le cycle de la figure 1 peut reprendre
Dans un autre mode de réalisation, la batterie 6 est du genre dans lequel la recharge sous des conditions connues et enregistrées dans le contrôleur d'état 13 de la batterie 6 produit un refroidissement de celle-ci, ce refroidissement étant plus puissant que le refroidissement"naturel"utilisé plus haut. Dans ce cas, la variable hyst~mode~temp~batterie ayant la valeur < Hybride > , le générateur 16 impose un fonctionnement en régénération ou en récupération selon les circonstances. Il en résulte un refroidissement plus rapide de la batterie, le point de fonctionnement passant plus rapidement au point D, la batterie étant de plus rechargée à un état de jauge supérieur, ce qui est un avantage secondaire de l'invention. t est clair que le roulage est cependant prioritairement assuré par le moteur thermique (fonctionnement selon la flèche Ft) et que le moteur électrique fonctionne en génératrice.

Par ailleurs, pour les batteries utilisées dans les véhicules à moteur électrique, comme des batteries NiMh ou NiCd, il existe une tension électrique, dite tension de chaleur nulle, au-dessous de laquelle lors de la recharge, la température de la batterie diminue. Il est donc possible de réguler la température instantanée de la batterie en tenant compte de l'état de charge de la batterie, variable d'état obtenue de manière connue par le contrôleur d'état 13 associé à la batterie. De ce fait, selon l'invention, le contrôleur d'état 13 associé à la batterie remonte deux variables d'état à destination du superviseur 2 qui sont : Température-batterie : une mesure indicative de la température instantanée de la batterie 6 ; Etat~de~charge : une mesure indicative de l'état de charge de la batterie, par exemple sous la forme d'un nombre déterminé de N degrés de charge croissants de 0 pour un état de décharge critique à N-1 pour un état de pleine charge.

Dans un mode préféré de réalisation, le superviseur de roulage est constitué selon le principe exposé dans le brevet FR 2.770. 808 déposé au nom du même déposant, auquel on se référera pour toute information complémentaire sur sa structure et son fonctionnement.

Cependant, on rappelle la structure du superviseur de roulage 2 à l'aide de la figure 3, dans laquelle les éléments communs à ceux des autres figures portent les mêmes numéros de référence. Le générateur 16 comporte essentiellement deux moyens représentés respectivement : un moyen G de gestion de l'énergie reçoit des variables d'état en provenance des contrôleurs d'état de la chaîne de motorisation et produit des variables de commande de la chaîne thermique ; un moyen R de répartition du couple demandé, en fonction des variables de commande de la chaîne thermique produites par le moyen G de gestion de l'énergie, produit deux signaux de

consigne respectivement Ct à destination du contrôleur d'état 11 du moteur thermique 3 et Ce à destination du contrôleur d'état 12 du moteur électrique 4.

Les variables de commande issues du moyen G de gestion de l'énergie sont, pour celles qui concernent l'invention : th~récupération : qui est un coefficient numérique proportionné au degré de récupération de l'énergie mécanique disponible à la recharge de la batterie ; th~régénération : qui est un coefficient numérique proportionné au degré de régénération par le moteur thermique pour recharger fortement la batterie ; th~roulage : qui est un coefficient numérique proportionné au degré de contribution du moteur thermique pour assurer le roulage.

Le moyen G de gestion de l'énergie du superviseur de roulage utilise ensuite deux variables booléennes qui sont à l'état FAUX par défaut : demande-électrique : passe à la valeur VRAI si le superviseur adresse une demande de démarrage du moteur électrique ;

demande-thermique-. passe à la valeur VRAI si le superviseur adresse une demande de démarrage du moteur thermique.-
Ensuite le superviseur de roulage exploite trois variables intermédiaires qui peuvent prendre l'une des deux valeurs suivantes < Hybride > ou < Electrique > et qui sont :

hystmodecoupte : pour ta détermination de th~roulage ; hyst~mode~batterie : pour la détermination de th~régénération ; hyst~mode~temp~batterie : qui définit la demande de démarrage du moteur thermique quand elle vaut Hybride > ou la demande d'arrêt du moteur thermique quand elle vaut < Electrique > .

Le mode de calcul des coefficients th~roulage et th~récupération n'est pas modifié par l'invention sur ce qui a été enseigné dans le brevet précité du même déposant. Cependant, le calcul du coefficient th~régénération est réalisé de la façon

suivante. Quand le coefficient th~régénération est non nul, le moteur électrique 6 fonctionne en génératrice de courant qui est redressé et conformé pour recharger la batterie si son état de charge le permet.

Deux cas sont possibles. Tout d'abord, la variable d'état mode-sélectionné valant la valeur < Electrique > , elle initialise la variable d'état hyst~mode~temp~batterie de sortie du générateur 16 à ! a valeur < E) ectrique > , ce qui force le fonctionnement sur le segment AB du graphique de la figure 1. Ensuite, la variable d'état mode-sélectionné valant la valeur < Hybride > , le moyen G teste l'expression logique suivante :

hystmodecoup ! e = < Hybride > OU hyst~mode~batterie = Hybride > OU hyst~mode~temp~batterie = < Hybride > .

Si cette expression logique est vraie, la variable interne demande-thermique est placée à la valeur VRAI et le coefficient de régénération est placé à la valeur 0.

Si cette expression logique est fausse, la variable interne demande-thermique est placée à la valeur FAUX et le coefficient de régénération th~régénération est placé à la valeur 0. De cette manière, on commande le démarrage et l'arrêt du moteur thermique.

A l'aide des figures 5 et 6, on va expliquer le mode de calcul du coefficient th~récupération. A la figure 5, on a représenté un organigramme du superviseur 2 incorporant la régulation de la température de batterie. A l'étape S1, la variable Température-batterie est comparée au premier seuil Seuil~température~haut (voir Figure 1). Si le test S1 est positif, le signal de commande hyst~mode~temp~batterie est placé à I la valeur Hybride > lors de l'étape S2. SI le test S1 est négatif, on exécute à l'étape S3 le test de savoir si Température-batterie est plus petit que le second seuil Seuil~température~bas (voir Figure 1). Si le test S3 est négatif, le signal de commande

hyst~mode~temp~batterie est placé à la valeur < Electrique > lors de l'étape S4.

Puis dans les trois cas possibles, trois tests sont réalisés en parallèle, respectivement, S5 si les variables hyst~mode~temp~batterie et hyst~mode~batterie sont toutes deux en même temps à la valeur < Electrique > , S6 les variables hyst~mode~temp~batterie et hyst~mode~batterie sont respectivement aux valeurs < Electrique > et Hybride > en même temps, et - S7 si la seule variable hyst~mode~temp~batterie est à la valeur < Electrique > .

Quand le test S5 est positif le coefficient th~récupération est mis à la valeur 0 lors de l'étape sa. Quand le test S6 est positif, le coefficient th~récupération est mis à la valeur 1 lors de l'étape S9. Quand le test S7 est positif le coefficient th~récupération est calculé lors de l'étape S10 selon le moyen décrit ci-après à l'aide de la figure 6.

A la figure 6, on a représenté un schéma bloc d'un module de calcul du coefficient th~récupération, partie essentielle du superviseur de la figure 3 et qui permet d'expliquer le calcul effectué lors de l'étape S10 de l'organigramme de la figure 5.

Le module de calcul du coefficient th~récupération reçoit sur ces entrées les variables ou signaux de commande : Etat~de~charge et Température-batterie issues du contrôleur 13 de la batterie 6 ;
Tension et Intensité issues du contrôleur 13 de la batterie 6 ; Couple~à~la~roue et Vitesse~roue issues de contrôleurs d'état de la chaîne motrice 1, pour mesurer le couple à appliquer aux roues motrices du véhicule, et la vitesse de rotation des roues ; Demandé ou couple demandé à la chaîne motrice.

Les variables Etat~de~charge et Température-batterie sont entrées sur le module 30 de détermination de la puissance batterie ou de la tension batterie qui permet de déterminer la puissance de recharge de la batterie ou la tension sous laquelle le convertisseur 5 doit la recharger. Cette détermination utilise une table de conversion qui permet de transformer en fonction de Température-batterie la variable d'entrée Etat~de~charge en
Puissance de recharge selon le graphique de la figure 4. Le module 30 de détermination comporte un moyen pour lire cette table qui y est enregistrée dans un moyen mémoire et de lire l'information Puissance-batterie qui y est tabulée. Au lieu de
Puissance batterie, en particulier si le convertisseur 5 travaille à intensité constante, le premier module de détermination 30 peut produire seulement une variable d'état tension-consigne qui donne la tension sous laquelle la recharge sera effectuée par le convertisseur 5. L'une ou l'autre des variables Puissance batterie ou tension~consigne est entrée sur un second module 31 de correction de la tension de recharge ou de la puissance de recharge.

Le second module 31 de correction reçoit les valeurs instantanées de la tension et de l'intensité sous la forme de variables d'état Tension et Intensité issues du contrôleur d'état de la batterie 6 en cours de recharge. La correction consiste essentiellement à rechercher la valeur de la puissance de la batterie qui optimisera son refroidissement. Le modèle de correction prend en compte la résistance interne r et la tension à vide de la batterie fcem, la puissance de la batterie étant une fonction de la forme :
Puissance bg = Intensité (fcem + r x Intensité) et l'échauffement de la batterie dépendant de la dissipation résistive de chaleur.

En fonction d'une table de correction, le module 31 produit une variable d'état puissance-électrique qui est transmise au

troisième module 32 de détermination du rapport optimal pour minimiser la consommation. Le troisième module 32 est essen- tiellement nécessaire pour une architecture hybride parallèle équipée d'une boîte de vitesses robotisée. Dans le cas où la boîte de vitesses est commandé manuellement, le calcul du rapport optimal peut être transmis pour l'information du conducteur sur un afficheur ou indicateur au tableau de bord.

Le troisième module 32 de détermination du rapport optimal pour minimiser la consommation reçoit de contrôleurs d'état non représentés aux dessins et associés aux organes de la chaîne motrice 1 la valeur instantanée du couple à la roue et de la vitesse de rotation de la roue sous la forme des variables d'état Couple~à~la~roue et Vitesse-roue. Le troisième module 32 comporte dans un moyen mémoire une table de conversion qui mémorise pour chaque paire de valeurs tabulées (Couple~à~la~roue, Vitesseroue), qui correspond à la puissance développée du moteur thermique, une valeur indicatrice du rapport de boîte de vitesses qui permet de minimiser la consommation. Pour minimiser la consommation du moteur thermique, le rapport de boîte de vitesses est sélectionnée dans la table mémorisée pour une puissance du moteur thermique et une vitesse de roues donnée. La valeur lue est transmise sous la forme d'une variable d'état Rapport à un quatrième module 33. Elle est aussi disponible pour le contrôleur d'état associé à la boîte de vitesses de la chaîne de transmission 7 ou à un indicateur à l'intention du conducteur.

Le quatrième module 33 permet de calculer le couple du moteur électrique en fonction de la puissance électrique de recharge de la batterie Puissance-électrique calculée par le second module 31 et des paramètres de couple-à-la-roue et de vitesse-roue. Ce couple est en réalité le couple sous lequel le moteur électrique 6 travaille en recevant de l'énergie mécanique de la chaîne de transmission 7 par son arbre 10 lors du

fonctionnement en régénération. La valeur du couple du moteur électrique est tabulée dans un moyen mémoire et produit une variable d'état mise à jour quand l'une des entrées de table (Coup)eàjaroue,Vitesseroue, Rapport, Puissance-électrique) change. La forme générale de la variable d'état est donnée par :

Cth = Puissance - roue - Puissance électrique k - x.

Rapport

Cette variable d'état permet de dériver une variable d'état dénommée couple-moteur-électrique, pour déterminer le couple du moteur électrique travaillant en génératrice et le module la transmet à un cinquième module 34. Pour déterminer la varaible d'état coup ! emoteuré ! ectrique, ie contrôieur exécute la loi :

Puissance électrique Couple~moteur~électrique =-----=----Régime ~ moteur

dans lequel Régime~moteur est mesuré par un capteur convenable.

Le cinquième module 34 reçoit aussi en entrée une variable d'état C-demandé représentative du couple demandé par le conducteur par l'organe de demande de couple 14. Le cinquième module 34 comporte une mémoire d'un paramètre Cth~max qui mesure le couple maximum disponible sur le-moteur thermique quand la chaîne motrice travaille en mode de régénération. Le cinquième module 34 exécute par un calculateur approprié le calcul suivant :

h',. (Cdemandé - couple moteur électrique) M CMpaO/2 =--------------------==-------CA max

Dans la description, on s'est attaché à décrire une architecture de chaîne de motorisation hybride dans laquelle le moteur électrique est connecté en parallèle avec le moteur thermique à l'arbre primaire d'une boîte de vitesses, préférentiellement robotisée. L'invention s'applique aux diverses autres architectures de chaîne de motorisation hybride.

Dans un autre mode de réalisation, l'architecture de la chaîne de motorisation 1 est celle d'un moteur électrique connecté en parallèle au moteur thermique sur le secondaire d'une boîte de vitesses, le couple demandé C-demandé sera interprété comme une demande de couple sur l'arbre secondaire et non pas comme une demande de couple sur l'arbre primaire.

Dans ce mode de réalisation, le module de calcul du coefficient de récupération th~récupération comporte en plus de ce qui a été décrit plus haut, un moyen de correction de la valeur C-demandé du couple demandé en rapportant cette valeur sur l'arbre secondaire de la boîte de vitesses.

Dans un autre mode de réalisation, l'architecture de la chaîne de motorisation 1 est celle d'un moteur électrique connecté en série avec le moteur thermique directement ou par l'intermédiaire d'un différentiel. Dans un premier temps. le module de la figure 6 permettra de calculer la puissance de recharge de la batterie soit Puissance-électrique (premier module 30). Puis, on calculera la somme des Puissance à la roue et de la puissance de recharge pour obtenir la puissance du moteur thermique. Pour la valeur de consigne de la puissance du moteur thermique, un moyen de calcul détermine le couple et le régime du moteur thermique qui minimisent la consommation. A cet effet, le moyen de calcul du couple 33, qui détermine le couple du moteur électrique Couple-moteur-électrique désiré, est remplacé par un moyen de calcul des puissances qui comporte un premier moyen de calcul de la puissance électrique de recharge de la batterie : Puissance-électrique. Ce premier moyen de calcul utilise les données disponibles à chaque instant dans le superviseur concernant l'état de la batterie. Il est connecté à un second moyen de calcul de la puissance thermique nécessaire
Puissance-thermique pour assurer notamment la fourniture de la puissance de recharge de la batterie, à l'aide du couple du moteur thermique et de son régime de sorte que la consommation du

moteur thermique soit minimisée. Un paramètre indicateur de la puissance thermique maximale disponible joue le même rôle que dans le cas de l'architecture parallèle Cth~max.

Dans cette architecture série, le coefficient th~récupération sera calculé sur les puissances et non pas sur les couples par la formule :

(Puissance thermique-Puissance électrique) M CMpaO =---------------------------=--------- - Puissance - thermique - max imale

Dans un autre mode de réalisation, la chaîne de motorisation est configurable au choix du conducteur en mode série ou en mode parallèle. Selon la sélection par le conducteur ou par un automate, le module de calcul du coefficient th~récupération sera selon le mode série ou selon le mode parallèle ainsi qu'il est décrit ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS 1. Véhicule automobile à motorisation hybride, du type dans lequel une chaîne motrice (1) comporte notamment un moteur électrique (4) et un moteur thermique (3) qui fournissent un couple moteur de façon à contribuer à l'entraînement du véhicule, et du type dans lequel un superviseur (2) comporte un générateur qui produit des signaux de commande (Ct, Ce) de la chaîne motrice pour la placer dans un mode de fonctionnement choisi parmi un mode électrique et un mode thermique, le moteur électrique (4) étant alimenté par une batterie (6) du genre qui s'échauffe quand elle se décharge, caractérisé en ce que le superviseur (2) comporte un générateur (17) d'un signal de commande de changement de mode (hyst~mode~temp~batterie) qui reçoit un signal de mesure de la température instantanée de la batterie (Température~batterie) et qui, . quand le superviseur (2) indique un mode de fonctionnement électrique, prend une valeur indicatrice d'un mode de fonctionnement thermique ou d'un mode de fonctionnement hybride quand la température de batterie dépasse un premier seuil prédéterminé (Seuil~température~haut), ou bien . quand le superviseur (2) indique un mode de fonctionnement thermique, prend une valeur indicatrice d'un mode de fonctionnement électrique quand la température de batterie est inférieure à un second seuil prédéterminé (Seuil~température~bas) une valeur indicatrice d'un mode de fonctionnement électrique, les premier et second seuils prédéterminés étant inférieurs à une température critique d'indisponibilité de la batterie (6) de sorte que la batterie reste en permanence disponible à une demande de l'utilisateur, ledit générateur (17) du signal de changement de mode (hyst-mode~temp~batterie) étant connecté comme entrée de commande au générateur (16) de commande de fonctionnement des moteurs thermique et électrique.

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2. Véhicule selon la revendication 1, du genre dans lequel la batterie est du genre qui se refroidit de manière forcée lorsqu'elle se recharge, caractérisé en ce que, lors du fonctionnement commandé par le dépassement du premier seuil prédéterminé (Seuil~température~haut), le superviseur (2) produit une commande de recharge de la batterie (6) par régénération ou par récupération, de sorte que la température de la batterie revienne en dessous du second seuil prédéterminé (Seu il~températu re~bas).
3. Véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que, quand le superviseur reçoit une demande (mode sélectionné) de fonctionnement en mode hybride d'un moyen de sélection de mode (14), une condition selon laquelle le signal de commande (hyst~mode~temp~batterie) représentatif de la demande de régulation de la température de la batterie est indicateur d'un passage en mode hybride est ajoutée à la condition selon laquelle l'une au moins des ressources demande un fonctionnement en mode hybride, de sorte qu'une variable d'état

(demande-thermique) représentative d'une mise en marche du moteur thermique est mise à la valeur VRAI, si ladite condition est VRAI, et à la valeur FAUX sinon, et en ce qu'un coefficient de régénération (th~régénération) est mis à la valeur nulle, de sorte que la régulation de la batterie est assurée par refroidissement naturel ou par recharge par récupération d'énergie issue du moteur thermique.
4. Véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que, quand le superviseur reçoit une demande (mode-sélectionné) de fonctionnement en mode de récupération d'un moyen de sélection de mode (14), si le signal d'état (hyst~mode~temp~batterie) vaut la valeur indicative d'un passage en mode hybride, un module de calcul (S10) du coefficient de récupération (th~récupération) pour fixer la part de la puissance du moteur thermique allouée à la

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. la valeur C-demandé étant produite par un organe (15) de demande de couple, . la valeur couple moteur électrique étant calculée par un moyen de calcul (33) qui détermine le couple sous lequel le moteur électrique (4) fonctionnera comme génératrice en mode de récupération, et # le paramètre Cth~max étant enregistré dans un moyen mémoire et étant représentatif du couple maximum pouvant être produit par le moteur thermique, et en ce que si le signal d'état (hyst~mode~temp~batterie) vaut la valeur indicative d'un passage en mode électrique, le moyen de détermination du coefficient de récupération (th~récupération) fixe le coefficient de récupération (th~récupération) à la valeur nulle sauf si un mode de récupération est déterminé par le contrôleur d'état (13) de la batterie le coefficient de récupération (th~récupération) étant fixé à 1.

,,, (C Mdg-couple moteur électrique) M CMp6'/'aOM =--=--------------=-----===--------- - t m

récupération comporte un moyen (34) de calcul qui effectue l'opération :
5. Véhicule selon la revendication 4, la chaîne de motorisation étant du genre hybride parallèle, caractérisé en ce que le moyen de calcul du couple (33) détermine le couple du moteur électrique (Couple~moteur~électrique) désiré en calculant

à l'aide du rapport de boîte de vitesses le couple du moteur thermique (Cth) par la forme :

Oh Puissance ~ roue-Puissance électrique k Rapport crppo

la valeur Puissance-roue étant produite à partir des variables d'état Vitesse-roue de vitesse de rotation de la roue, et Couple~à~la~roue de couple sur la roue motrice à l'aide d'un moyen de calcul enregistrant une table prédéterminée dans le moyen de calcul (33) du couple,

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la valeur Puissance électrique étant produite par un moyen (31) de calcul de la puissance de recharge de la batterie, la valeur Rapport étant produite par un moyen (32) de calcul du rapport de boîte de vitesses, et le paramètre k étant fourni par un moyen mémoire du moyen de calcul (33).
6. Véhicule selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moteur électrique étant connecté sur l'arbre secondaire de la boîte de vitesses, le module de calcul du coefficient de récupération (th~récupération) comporte un moyen de correction de la valeur (C~demandé) du couple demandé en rapportant cette valeur sur l'arbre secondaire de la boîte de vitesses.
7. Véhicule selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le module de calcul (S10) du coefficient de récupération (th~récupération) comporte un module de calcul du rapport de boîte de vitesses (33) qui permet d'optimiser la consommation du moteur thermique.
8. Véhicule selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le module de calcul (S10) du coefficient de récupération (th~récupération) comporte un module (30) de calcul de la puissance de recharge de la batterie (Puissance-batterie) en fonction de variables d'état Etat-de jauge mesurant l'état de la charge instantanée de la batterie et Température-batterie mesurant la température de la batterie à réguler, la variable

Puissance batterie étant calculée à l'aide d'une table préenregistrée dont les entrées sont adressées par les variables d'état Température-batterie et Etat-de jauge.
9. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce que le module de calcul (S10) du coefficient de récupération (th~récupération) comporte aussi un moyen de correction de l'indication de la puissance de recharge (Puissance-batterie) de façon à produire une variable (Puissance-électrique) représen-

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tative de la puissance instantanée de recharge de la batterie de façon à optimiser son refroidissement.
10. Véhicule selon la revendication 4, la chaîne de motorisation étant du genre hybride série, caractérisé en ce que le moyen de calcul du couple (33), qui détermine le couple du moteur électrique (Couple~moteur~électrique) désiré, comporte un moyen de calcul de la puissance électrique de recharge de la batterie, connecté à un moyen de calcul de la puissance thermique nécessaire pour assurer notamment la fourniture de la puissance de recharge de la batterie, à l'aide du couple du moteur thermique et de son régime de sorte que la consommation du moteur thermique soit minimisée.
11. Véhicule selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de sélection entre une architecture série et une architecture parallèle et en ce que le superviseur (2) comporte des moyens de calcul du coefficient de récupération (th~récupération) selon l'une ou l'autre des architectures.