FR2976418A1

FR2976418A1 - Procede pour assurer la recharge d'un accumulateur d'energie electrique pour un vehicule hybride, notamment de batteries electriques.

Info

Publication number: FR2976418A1
Application number: FR1101792A
Authority: FR
Inventors: Costa Anthony Da
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-12-14
Anticipated expiration: 2031-06-10
Also published as: FR2976418B1; WO2012168573A3; WO2012168573A2

Abstract

La présente invention concerne un procédé pour assurer la recharge d'un accumulateur d'énergie électrique, notamment de batteries électriques (26), pour un véhicule automobile hybride comprenant un moteur thermique (10), notamment à combustion interne, et une machine électrique (22) raccordée audit accumulateur d'énergie et capable d'apporter une assistance au moteur thermique pour l'accélération dudit véhicule. Selon l'invention, le procédé consiste : - à établir un graphique avec une courbe (C) de l'état de charge électrique (SOC) dudit accumulateur en fonction de la vitesse (V) du véhicule en délimitant une zone (A) où l'énergie électrique de l'accumulateur est suffisante pour assurer ladite assistance et une zone (B) où cette énergie est insuffisante, - lorsque la décharge de l'accumulateur est telle que la valeur de l'état de charge atteigne la courbe (C), à recharger ledit accumulateur par la machine électrique lors de phase de décélération du véhicule.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé pour assurer la recharge d'un accumulateur d'énergie électrique pour véhicules hybrides, notamment de batteries électriques.

Elle concerne plus particulièrement mais non exclusivement les véhicules hybrides de types rechargeable (ou véhicule hybride plug-in) dont l'accumulateur d'énergie, généralement une ou plusieurs batteries électriques, peut être rechargé par branchement à une source d'énergie, comme sur le réseau électrique conventionnel.

Comme cela est déjà connu, un véhicule à propulsion hybride comporte un groupe motopropulseur qui utilise, comme mode d'entraînement en traction/propulsion, un moteur thermique en particulier à combustion interne avec un dispositif de variation de vitesse ainsi qu'une machine électrique rotative alimentée par une source électrique, telle qu'une ou plusieurs batteries. Ainsi, lorsque l'on souhaite déplacer le véhicule avec un couple important sur une grande plage de vitesses tout en limitant la génération de gaz d'échappement et de bruit, comme dans un site urbain, l'utilisation de la machine électrique est privilégiée pour entraîner en déplacement ce véhicule.

Par contre, le moteur thermique est utilisé, seul ou en association avec la machine électrique, pour déplacer ce véhicule lors d'une utilisation demandant une puissance élevée et/ou une grande autonomie de fonctionnement.

Ceci a pour avantage d'optimiser les performances de ce véhicule, notamment en réduisant les émissions de polluants dans l'atmosphère et en diminuant la consommation en carburant.

Dans le cas de l'utilisation du moteur thermique seul, la puissance qu'il 30 génère est quasiment toujours disponible.

Par contre, la puissance de la machine électrique, qui sera utilisée en combinaison avec le moteur thermique, dépend du niveau d'énergie contenue dans les batteries.

Dans l'une des configurations de fonctionnement du groupe motopropulseur, qui est plus connu sous la dénomination de "boost électrique" (ou assistance électrique), la puissance générée par la machine électrique permet d'apporter une assistance à la puissance du moteur thermique pour entraîner ainsi le véhicule avec une puissance élevée. Cette assistance électrique est plus particulièrement utilisée lors d'une demande de forte accélération du véhicule, notamment lors d'un fort appui sur la pédale d'accélérateur pouvant aller jusqu'à la position de cette pédale dite pied au plancher. Cependant, lors d'une utilisation sévère et prolongée de cette assistance électrique, les batteries qui alimentent la machine électrique se déchargent très rapidement. Ces batteries ne sont donc plus en mesure de fournir la puissance nécessaire à l'accélération du véhicule lorsque leur état de charge est en dessous d'un certain seuil. De ce fait, les performances dynamiques du véhicule sont alors 20 diminuées.

Plusieurs solutions peuvent être alors envisagées pour tenter de remédier à cet inconvénient. Une de ces solutions peut consister à attribuer au véhicule hybride des 25 performances maximales correspondant à celles développées uniquement par le moteur thermique et cela quel que soit l'état de la charge des batteries électriques. Dans cette configuration, la puissance totale développée à la roue par le moteur thermique associé à la machine électrique n'excède pas celle que fournirait le moteur thermique seul et cela même lorsque les batteries sont 30 capables de fournir de la puissance pour l'entraînement du véhicule. Cette solution présente l'inconvénient de ne pas pouvoir agir sur la diminution de la puissance du moteur thermique. Cette diminution peut notamment résulter de la réduction de la cylindrée, ce qui est un vecteur de gain en consommation.

Une autre de ces solutions peut consister à dégrader les performances dynamiques du véhicule hybride lorsque le niveau d'énergie emmagasinée dans les batteries est trop faible pour réaliser l'assistance électrique. Cette solution a pour inconvénient d'entraîner un désagrément au niveau du confort de conduite car les performances décroissent alors même qu'on demande au véhicule d'arriver à ses performances maximales. 10 La présente invention se propose de remédier au inconvénients ci-dessus avec un procédé qui permet d'assurer un niveau minimum de la charge des batteries, cela même en cas de conduite sévère et prolongée du véhicule hybride, et tout en ayant la possibilité d'utiliser un moteur thermique moins 15 puissant donc moins consommateur de carburant.

A cet effet, l'invention concerne un procédé pour assurer la recharge d'un accumulateur d'énergie électrique, notamment de batteries électriques, pour un véhicule automobile hybride comprenant un moteur thermique, notamment à 20 combustion interne, et une machine électrique raccordée audit accumulateur d'énergie et capable d'apporter une assistance au moteur thermique pour l'accélération dudit véhicule, caractérisé en ce qu'il consiste : - à établir un graphique avec une courbe de l'état de charge électrique dudit accumulateur en fonction de la vitesse du véhicule en délimitant une zone 25 où l'énergie électrique de l'accumulateur est suffisante pour assurer ladite assistance et une zone où cette énergie est insuffisante, - lorsque la décharge de l'accumulateur est telle que la valeur de l'état de charge atteigne la courbe, à recharger ledit accumulateur par la machine électrique lors de phase de décélération du véhicule. 30 Le procédé peut consister à recharger l'accumulateur avec une quantité d'énergie au moins égale à la quantité d'énergie dépensée lors de l'accélération précédente.

Le procédé peut consister à recharger ledit accumulateur en utilisant le freinage régénératif du véhicule.

Le procédé peut consister à recharger ledit accumulateur en utilisant l'énergie du moteur thermique.

Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître maintenant à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées : - la figure 1 qui est un schéma montrant un exemple de configuration du 15 groupe motopropulseur d'un véhicule hybride et - la figure 2 qui illustre un graphe montrant une courbe représentative de l'état de la charge des batteries (SOC en %) en fonction de la vitesse (V en km/h) du véhicule hybride.

20 La figure 1 illustre un exemple non limitatif d'une configuration d'un groupe motopropulseur pour véhicule hybride.

Ce groupe motopropulseur comprend un moteur thermique à combustion interne 10 dont le vilebrequin 12 est relié à un dispositif de variation de vitesse 25 14, comme une boîte de vitesse robotisée. Cette boîte comprend un arbre d'entrée 16 qui est connecté au vilebrequin 12 au travers d'un accouplement à commande contrôlée 18, tel qu'un embrayage. Cette boîte comprend également un arbre de sortie 20 dont le rôle sera explicité plus loin dans la description. 30 Ce groupe comprend également une machine électrique 22 avec un rotor 24 qui est reliée à des accumulateurs d'énergie électrique 26, comme des batteries, au travers de conducteurs électriques 28.

Cette machine électrique peut fonctionner en tant que moteur électrique d'entraînement pour le véhicule ou en tant génératrice d'énergie électrique pour assurer la recharge des batteries.

L'arbre de sortie 20 de la boîte de vitesse 14 et le rotor 24 de la machine électrique 24 aboutissent à un dispositif de transmission de mouvement 30 vers un essieu moteur 32 portant les roues 34 du véhicule, directement ou par l'intermédiaire d'un pont différentiel 36. Ce dispositif 30 permet de transmettre à l'essieu 32 le mouvement de rotation provenant de l'arbre de sortie 20 et/ou du rotor 24. De même, ce dispositif permet de transmettre le mouvement de rotation des roues par l'essieu soit vers le rotor (recharge de batterie), soit vers le moteur thermique (frein moteur). Le groupe motopropulseur comprend également une unité de calcul et de traitement 38 qui reçoit, par des lignes de communications 40, des informations provenant des différents capteurs et/ou sondes (non représentés). Ces informations permettent ensuite d'évaluer les différents paramètres de fonctionnement du véhicule, comme sa vitesse ou l'état de charge électrique des batteries.

Bien étendu, cette unité peut également contrôler par des lignes de commande bidirectionnelles (non représentées) tous les organes du véhicule nécessaires à son fonctionnement. Ces organes sont notamment le circuit de puissance et de contrôle de la machine électrique 22. Comme déjà évoqué, afin d'assurer l'utilisation de la machine électrique en tant que moteur électrique pour remplir la fonction d'assistance électrique, il faut donc garantir à tout instant un niveau d'énergie électrique suffisant dans les batteries. Cette énergie stockée doit pouvoir participer à l'accélération du véhicule jusqu'à la vitesse maximale requise, et ce avec les performances maximales du véhicule.

Pour cela, le demandeur a établi, par calcul et simulation, un graphique avec une courbe C (figure 2) de l'état de charge électrique des batteries (SOC : State Of Charge) en fonction de la vitesse du véhicule (V). Cette courbe permet ainsi de définir deux zones : une zone A où l'énergie électrique stockée dans les batteries est suffisante pour assurer l'assistance électrique et une zone B où cette énergie est insuffisante.

Cette courbe est ainsi intégrée dans des tables de l'unité de calcul et de traitement 38 de façon à pouvoir être associée au fonctionnement du véhicule.

Ainsi, lorsque l'état de charge des batteries 26 se situe dans la zone A, 10 toute demande d'accélération pour aller d'une vitesse VI à une vitesse V2 du véhicule peut être réalisée par le moteur thermique 10 associé à l'assistance électrique générée par le moteur électrique 22. Durant cette accélération, qui dure une période de temps déterminée t, l'état de charge des batteries passe d'une valeur XI à une valeur terminale X2 15 avec X2 qui est inférieure à xi. Cette accélération peut se reproduire avec le même niveau d'assistance électrique tant que la valeur de l'état de charge des batteries est comprise dans la zone A, c'est-à- dire est supérieure ou égale à la courbe C. En deçà de cette courbe, la charge des batteries n'est plus suffisante pour 20 réaliser la fonction d'assistance électrique avec le même niveau de performance. L'accélération réalisée sera alors plus faible et le temps t pour la réaliser se verra augmenter, ce qui nuit au confort de conduite.

De manière à pouvoir toujours assurer un état de charge électrique des 25 batteries suffisant pour une (ou des) prochaine(s) accélération(s), il est prévu de ménager la décharge des batteries lorsque le niveau de la charge de la batterie est égale de celle de la courbe C. Ainsi, lors d'une phase d'accélération modérée qui peut être réalisée par la puissance générée par les seules capacités du moteur thermique, on utilisera 30 alors seulement ce moteur thermique pour entraîner l'essieu moteur 32 et ainsi les roues 34.

De manière avantageuse, ce moteur sera utilisée à un niveau de puissance plus élevé de manière à ce que la machine électrique serve de génératrice et ainsi recharger partiellement les batteries.

Dans l'éventualité où l'accélération recherchée ne peut pas être obtenue par la seule source de puissance qu'est le moteur thermique, et si l'état de charge des batteries se situe dans la zone A, alors le moteur thermique est utilisé à la puissance maximale qu'il peut fournir d'une part, et la machine électrique est utilisée, comme assistance électrique, pour fournir le complément de puissance d'autre part. La méthode de calcul mise en oeuvre pour déterminer la courbe C est telle que, par la répartition de puissance entre le moteur thermique et la machine électrique (à condition que l'état de charge des batteries se situe dans la zone A avant l'accélération), l'état de charge de ces batteries se situe avantageusement dans cette zone A à la fin de cette accélération.

Deux cas de figures peuvent alors se produire suite à l'obtention de cette accélération.

Dans un cas, le conducteur demande ensuite une vitesse constante au véhicule, ce qui peut être réalisé par le moteur thermique seul. En fonction de la puissance développée par le moteur thermique, on peut au besoin recharger les batteries tout en maintenant la vitesse du véhicule constante.

Dans un autre cas, le véhicule passe en phase de décélération après la phase d'accélération. Dans ce dernier cas, l'unité 38 contrôlera le moteur électrique 22 pour qu'il recharge les batteries avec une énergie au moins égale à l'énergie dépensée lors de l'accélération précédente, afin de maintenir un état de charge situé dans la zone A. Ceci peut se réaliser en utilisant l'énergie provenant de l'essieu moteur 32, via le dispositif de transmission de mouvement 30 pour entraîner le moteur électrique 22 en tant que génératrice d'énergie électrique pour les batteries 26. On parle alors de freinage récupératif. Cependant, cette quantité d'énergie récupérée par le freinage régénératif peut être insuffisante pour garantir que l'état de charge des batteries reste dans 5 la zone A.

L'utilisation d'une recharge active réalisée par le moteur thermique permet cependant d'obtenir le niveau d'énergie requis. Cela consiste, pendant la décélération du véhicule, à utiliser l'énergie 10 mécanique provenant du moteur thermique 10 par l'intermédiaire de la boîte de vitesse 14, en supplément de l'énergie provenant de l'essieu moteur 32. Dans le même temps, ce supplément d'énergie apportée au dispositif 30 sera absorbé par la machine électrique 26, par le biais du rotor 24, de sorte que la puissance absorbée à l'essieu moteur 32 respecte la demande du 15 conducteur. La puissance absorbée par le moteur électrique, fonctionnant alors en génératrice, s'en trouve augmentée.

En considérant que le véhicule subit en usage normal des accélérations 20 bornées inférieurement, il est possible de calculer la puissance de recharge nécessaire, lors de toute décélération de la vitesse V2 à la vitesse VI, pour que l'énergie stockée dans les batteries lors de cette décélération soit supérieure ou égale à l'énergie dépensée lors de l'accélération opposée. La consigne de cette puissance de recharge consistera en une table dépendant de la vitesse 25 véhicule, et stockée dans l'unité de calcul 38.

De cette manière, l'état de charge des batteries est toujours situé dans la zone A décrite par la figure 2 et les batteries contiennent donc en permanence suffisamment d'énergie pour réaliser une accélération jusqu'à une vitesse 30 déterminée du véhicule et cela sans dégrader les performances de ce véhicule.

En fonction des performances du moteur électrique et des batteries, et notamment de la puissance maximale admissible en recharge de ces batteries, l'énergie rechargée pendant la décélération sera limitée. A haute vitesse notamment, il faudra limiter la puissance disponible pour limiter l'énergie dépensée pendant l'accélération à la valeur de l'énergie rechargée pendant la décélération.

En cas d'utilisation critique du véhicule, notamment si le véhicule est soumis à une décélération très forte ne permettant pas une recharge suffisante 10 et suivant une utilisation sévère du véhicule qui a mené à un état de charge sur la courbe C, ledit état de charge varie très peu alors que la vitesse du véhicule diminue très rapidement. Dans ce cas, la valeur de l'état de charge (SOC) croisera la courbe C et entrera dans la zone B. Dans ce cas d'utilisation peu fréquent de l'usage du véhicule, il faudra alors diminuer les performances 15 d'accélération disponibles.

Claims

REVENDICATIONS1) Procédé pour assurer la recharge d'un accumulateur d'énergie électrique, notamment de batteries électriques (26), pour un véhicule automobile hybride comprenant un moteur thermique (10), notamment à combustion interne, et une machine électrique (22) raccordée audit accumulateur d'énergie et capable d'apporter une assistance au moteur thermique pour l'accélération dudit véhicule, caractérisé en ce qu'il consiste : - à établir un graphique avec une courbe (C) de l'état de charge électrique (SOC) dudit accumulateur en fonction de la vitesse (V) du véhicule en délimitant une zone (A) où l'énergie électrique de l'accumulateur est suffisante pour assurer ladite assistance et une zone (B) où cette énergie est insuffisante, - lorsque la décharge de l'accumulateur est telle que la valeur de l'état de charge atteigne la courbe (C), à recharger ledit accumulateur par la machine électrique lors de phase de décélération du véhicule.
2) Procédé pour assurer la recharge d'un accumulateur d'énergie électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à recharger l'accumulateur avec une quantité d'énergie au moins égale à la quantité d'énergie dépensée lors de l'accélération précédente.
3) Procédé pour assurer la recharge d'un accumulateur d'énergie électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à recharger ledit accumulateur en utilisant le freinage régénératif du véhicule.
4) Procédé pour assurer la recharge d'un accumulateur d'énergie électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à recharger ledit accumulateur en utilisant l'énergie du moteur thermique.