FR2982802A1

FR2982802A1 - Procede d'optimisation de la consommation d'energie electrique pour un vehicule hybride

Info

Publication number: FR2982802A1
Application number: FR1160616A
Authority: FR
Inventors: Thomas Cadilhac; Stephane Rimaux; Julien Sabrie; Marion Touze
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2013-05-24
Anticipated expiration: 2031-11-22
Also published as: FR2982802B1

Abstract

Procédé d'optimisation de la consommation d'énergie électrique contenue dans des batteries, pour un véhicule hybride utilisant un carburant ainsi qu'une énergie électrique délivrée par ces batteries rechargeables par un réseau de distribution, caractérisé en ce qu'il réalise les étapes suivantes, il évalue une vitesse moyenne actuelle du véhicule (Vm), il détermine avec cette vitesse moyenne le type de roulage en cours parmi un nombre limité de type de roulage (V, R, A) comportant chacun une plage de vitesse, il détermine à partir de statistiques sur ces types de roulage, une distance estimée (De) pour le parcours total à effectuer entre deux recharges par le réseau extérieur, et il optimise la consommation d'énergie électrique des batteries afin d'utiliser au maximum l'énergie stockée dans ces batteries pendant ce parcours.

Description

PROCEDE D'OPTIMISATION DE LA CONSOMMATION D'ENERGIE ELECTRIQUE POUR UN VEHICULE HYBRIDE La présente invention concerne un procédé d'optimisation de la consommation de l'énergie électrique délivrée par les batteries d'un véhicule hybride, ainsi qu'un véhicule hybride mettant en oeuvre un tel procédé d'optimisation. Certains types de véhicules hybrides utilisant un carburant ainsi que l'énergie électrique, comportent une machine électrique de traction qui délivre un couple sur les roues motrices, à partir de l'énergie stockée dans des accumulateurs électriques pouvant être réalisés suivant différents types, appelés par la suite batteries. Ces véhicules disposent de plus d'un moteur thermique alimenté par le carburant, comportant généralement trois modes de fonctionnement qui dépendent notamment de la demande du conducteur, et du niveau de charge des batteries. Un premier mode sans émission de gaz polluants utilise uniquement l'énergie électrique, un deuxième mode utilise uniquement le moteur thermique, en particulier quand les batteries comportent un niveau de charge trop faible, et un troisième mode utilise simultanément les deux sources d'énergie, pour optimiser certains paramètres comme la consommation, l'autonomie ou le coût de fonctionnement. Par ailleurs, les véhicules hybrides récupèrent une énergie cinétique de ces véhicules lors des freinages, qui est transformée en courant électrique stocké dans les batteries. Certains véhicules hybrides rechargeables, appelés « plug-in hybride », peuvent être connectés lors de leur stationnement à une borne d'un réseau extérieur de distribution d'électricité, pour recharger les batteries. Le coût de l'énergie ainsi reçu par un réseau extérieur, est généralement très faible par rapport au coût de l'énergie provenant du carburant consommé par le moteur thermique. On cherche donc pour chaque trajet à utiliser au maximum l'énergie stockée dans les batteries qui provient de la précédente recharge, avant la recharge suivante, pour réduire la consommation de carburant. Pour optimiser la consommation de l'énergie électrique des batteries d'un véhicule hybride, un procédé de contrôle connu, présenté notamment par le document US-A1-2011/0166731, utilise un bouton commandé par le conducteur pour signaler qu'il rentre au domicile comportant une borne de recharge, pour enregistrer des informations sur ce parcours de retour, comme la distance ou la consommation de ce trajet, et établir une base de donnés statistique. Le procédé utilise ensuite cette base de donnés pour prévoir les consommations des trajets de retour suivant, et ainsi utiliser plus complètement l'énergie stockée dans les batteries. Toutefois, un problème qui se pose est que les prévisions sur les trajets en cours étant basées sur des analyses des parcours passés, ce procédé ne peut pas apporter d'aide pour optimiser l'utilisation de l'énergie stockée dans les batteries, sur un nouveau trajet que le véhicule n'a jamais effectué.

La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, en proposant un procédé simple d'optimisation de l'énergie électrique stockée dans les batteries. Elle propose à cet effet un procédé d'optimisation de la consommation d'énergie électrique contenue dans des batteries, pour un véhicule hybride utilisant un carburant ainsi qu'une énergie électrique délivrée par ces batteries rechargeables par un réseau de distribution extérieur, le véhicule comportant un moyen de mesure du niveau de charge des batteries, ainsi qu'un moyen de mesure de la distance parcourue, caractérisé en ce qu'il réalise les étapes suivantes de manière périodique, il évalue une vitesse moyenne actuelle du véhicule, il détermine avec cette vitesse moyenne le type de roulage en cours parmi un nombre limité de type de roulage comportant chacun une plage de vitesse, il détermine à partir de statistiques sur ces types de roulage, une distance estimée pour le parcours total à effectuer entre deux recharges par le réseau extérieur, et il optimise la consommation d'énergie électrique des batteries en fonction du niveau de charge de ces batteries et de la distance estimée, afin d'utiliser au maximum l'énergie stockée dans les batteries pendant ce parcours. Un avantage du procédé d'optimisation de la consommation selon l'invention, est qu'il permet sans aucune connaissance préalable du parcours effectué, d'établir une probabilité de distance du parcours la plus vraisemblable pour arriver avec des batteries sensiblement vides lors de la recharge suivante, afin de minimiser la consommation de carburant pendant ce parcours. Le procédé d'optimisation de la consommation selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, la vitesse moyenne actuelle du véhicule est une vitesse moyenne glissante. Avantageusement, la vitesse moyenne actuelle glissante est établie sur une longueur venant d'être parcourue, qui est constante.

Avantageusement, le procédé d'optimisation de la consommation d'énergie électrique des batteries prend en compte uniquement le dernier type de roulage, pour déterminer à partir de statistiques sur ce type de roulage, la distance estimée pour le parcours total à effectuer entre deux recharges.

Le procédé d'optimisation de la consommation peut calculer à partir du niveau de charge des batteries, et de la distance estimée du parcours, une pente de décharge qui donnerait des batteries vides à la fin d'un parcours suivant cette estimation, en conservant le même type de roulage. Avantageusement, si le véhicule a déjà accompli une distance depuis la dernière décharge qui est plus importante que la nouvelle distance estimée, alors la pente de décharge calculée est la plus forte possible pour décharger les batteries au plus vite. En particulier, le nombre limité de type de roulage peut comporter un roulage du type ville pour les vitesses moyennes inférieures à un seuil bas, un roulage du type route pour les vitesses moyennes comprises entre deux seuils intermédiaires, et un roulage du type autoroute pour les vitesses moyennes supérieures à un seuil haut. Avantageusement, entre deux seuils de deux types de roulage successifs, les distances estimées sont une fonction linéaire reliant les deux 10 distances estimées de ces deux types de roulage. L'invention a aussi pour objet un véhicule hybride utilisant un carburant ainsi qu'une énergie électrique délivrée par des batteries rechargeables par un réseau de distribution extérieur, et comprenant un procédé d'optimisation de la consommation d'énergie électrique contenue dans ces batteries, ce 15 procédé comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre d'exemple et de manière non limitative en référence aux dessins annexés dans lesquels : 20 - la figure 1 est un graphique présentant un exemple de distances estimées de parcours entre deux recharges, en fonction des types de roulage, pour un procédé d'optimisation de la consommation suivant l'invention ; - la figure 2 est un graphique présentant un exemple de vitesse 25 instantanée sur un parcours ; - la figure 3 est un graphique présentant un exemple de vitesse moyenne sur un parcours, et une détermination de la distance estimée entre deux recharges pour ce parcours, à l'aide du procédé d'optimisation de la consommation ; et - la figure 4 est un graphique présentant un exemple de variation du niveau de charge des batteries en fonction de la distance parcourue, à l'aide du procédé d'optimisation de la consommation. La figure 1 présente pour un véhicule hybride, sur l'axe horizontal une vitesse moyenne Vm exprimée en km/h au cours d'un parcours, et sur l'axe vertical une distance De exprimée en km de ce parcours réalisé entre deux recharges des batteries sur un réseau extérieur, qui est estimée par un procédé d'optimisation de la consommation, avec des statistiques sur les parcours précédents effectués par ce véhicule.

La vitesse moyenne Vm prise sur une durée ou sur une distance constante, est classée en trois types de roulage qui sont dans cet exemple un roulage du type ville V comportant une vitesse moyenne inférieure à 30km/h, un roulage du type route R comportant une vitesse moyenne comprise entre 50 et 70km/h, et un roulage du type autoroute A comportant une vitesse moyenne supérieure à 90km/h. Pour le roulage du type ville V, les statistiques effectuées sur les précédents roulages ont montrés que la distance totale estimée De entre deux recharges est de 5km, pour le roulage du type route R la distance estimée De est de 15km, et pour le roulage du type autoroute A la distance estimée De est de 50km. Pour les vitesses moyennes Vm comprises entre les seuils de 30 et 50km/h, ou entre les seuils de 70 et 90km/h, les distances estimées De entre deux recharges sont une fonction linéaire reliant les deux distances estimées précédentes et suivantes, afin d'obtenir une continuité et d'éviter un effet de palier brutal dans la définition de ces distances. La figure 2 présente un enregistrement de la vitesse de roulage instantanée Vi exprimée en km/h, en fonction du temps exprimé en seconde, montrant des variations rapides qui peuvent passer brutalement d'un type de roulage à un autre. Pour obtenir une certaine stabilité dans la détermination du type de roulage, il est nécessaire de filtrer cette vitesse instantanée Vi.

La figure 3 présente un calcul par le procédé d'optimisation, des vitesses de roulage moyennes Vm exprimées en km/h, en fonction du temps exprimé en minute, qui est effectué en prenant à chaque instant la moyenne glissante des vitesses établie sur une longueur constante venant d'être parcourue, qui est dans cet exemple de 400m. On obtient ainsi des variations lentes de la vitesse moyenne Vm, qui passe de manière peu fréquente d'un type de roulage à un autre. Le procédé d'optimisation détermine ensuite en fonction de la vitesse moyenne Vm du véhicule, le type de roulage en cours parmi les trois types de roulage V, R, A, en comparant à chaque instant cette vitesse moyenne avec la plage de vitesse caractéristique de ces types de roulage. Puis pour chacun de ces types de roulage, il en déduit la valeur de la distance estimée De entre deux recharges par les statistiques sur les parcours précédents. On constate que chaque fois que la vitesse moyenne Vm change de plage de vitesse caractéristique, la distance estimée De entre deux recharges change elle aussi de niveau pour passer dans des niveaux proches de 5, 15 ou 50km/h. Les écarts autour de ces niveaux sont dus aux fonctions linéaires reliant deux niveaux de distance De, afin d'éviter un effet de palier brutal dans la définition de ces distances.

Avantageusement, le procédé d'optimisation est mis en oeuvre par un calculateur supervisant le fonctionnement des motorisations, qui reçoit des informations sur le niveau de charge des batteries, et sur la distance parcourue, lui permettant de connaitre la vitesse du véhicule. Cette mise en oeuvre peut se faire avec un matériel existant, en ajoutant des programmes dans le calculateur, ce qui représente un moyen économique. La figure 4 présente sur l'axe horizontal la distance D exprimée en km d'un parcours qui est réalisé par le véhicule entre deux recharges, et sur l'axe vertical le niveau de charge des batteries du véhicule SOE, cette distance et ce niveau de charge étant suivis en permanence par le procédé d'optimisation.

La courbe 20 est une courbe de décharge en fonction de l'avancement du véhicule, qui pourrait être suivie sans le procédé d'optimisation de la consommation. Pour un système qui ne possède pas de connaissance du parcours à effectuer, aucune stratégie particulière n'est possible pour établir la vitesse de décharge. Il y a alors un risque qu'en fin de parcours entre deux recharges il reste une énergie importante dans la batterie, comme présenté à la distance D de 15km terminant ce parcours, ou bien qu'une large part de ce parcours ait été accomplie avec les batteries vides. Dans les deux cas la consommation de carburant n'a pas été optimisée. La courbe 22 est une courbe de décharge en fonction de l'avancement du véhicule, qui est suivie avec le procédé d'optimisation de la consommation. A partie de la distance 0 où a eu lieu la recharge précédente des batteries, pour une première partie du parcours comprenant une vitesse moyenne Vm correspondant à un roulage du type ville V, le procédé calcule à partir du niveau de charge à ce moment des batteries, et de la distance totale estimée De du parcours pour ce type de roulage en ville qui est de 5km, une pente de décharge P1 qui donnerait des batteries vides à la fin de ce parcours estimé en conservant le même type de roulage. Pour une deuxième partie du parcours comprenant une vitesse moyenne Vm correspondant à un roulage du type route R, le procédé calcule de même à partir du niveau de charge à ce moment des batteries, et de la distance totale estimée De du parcours pour ce type de roulage qui est de 15km, une pente de décharge P2 qui donnerait des batteries vides à la fin de ce parcours estimé en conservant le même type de roulage, et en prenant toujours pour début du parcours la distance 0. Pour une troisième partie du parcours comprenant une vitesse moyenne Vm correspondant à nouveau à un roulage du type ville V, le 30 procédé calcule à partir du niveau de charge à ce moment des batteries, et de la distance totale estimée De du parcours pour ce type de roulage qui est de 5km, une pente de décharge P3. Comme dans cet exemple le véhicule a déjà accompli plus de 5km, soit plus que la durée moyenne statistique d'un parcours avec un roulage du type ville V, la stratégie d'optimisation estime que ce parcours prendra prochainement fin, et qu'il vaut mieux utiliser le plus rapidement possible l'énergie des batteries pour arriver à la recharge suivante avec des batteries vides. La pente de décharge P3 calculée est alors la plus forte possible pour décharger les batteries au plus vite, ce qui minimise la consommation de carburant. On pourra être notamment en roulage électrique pur, si la puissance délivrable par la machine électrique répond à la demande du conducteur. Pour une quatrième partie du parcours comprenant une vitesse moyenne Vm correspondant à un roulage du type autoroute A, le procédé calcule à partir du niveau de charge à ce moment des batteries, et de la distance totale estimée De du parcours pour ce type de roulage qui est de 50km, une pente de décharge P4 qui donnerait des batteries vides à la fin de ce parcours estimé en conservant le même type de roulage, et en prenant pour début du parcours la distance 0.

Pour une cinquième partie du parcours comprenant une vitesse moyenne Vm correspondant à nouveau à un roulage du type route R, le procédé calcule à partir du niveau de charge à ce moment des batteries, et de la distance totale estimée De du parcours pour ce type de roulage qui est de 15km, une pente de décharge P5 qui donnerait des batteries vides à la fin de ce parcours estimé en conservant le même type de roulage, et en prenant pour début du parcours la distance 0. La pente P5 rejoint alors sur l'axe horizontal la pente P2, à la distance D de 15km. Suivant cette méthode, le procédé d'optimisation prend en compte à chaque fois uniquement le dernier type de roulage V, R, A, pour estimer la distance totale du parcours en train de s'accomplir, à partir du point de départ 0 caractérisé par la dernière recharge des batteries.

On constate que pour un même type de roulage, les pentes de décharge peuvent varier car elles dépendent à chaque fois du niveau de charge des batteries SOE à ce moment, et de la distance parcourue précédemment, qui a pu être parcourue avec des types de roulage différents.5

Claims

REVENDICATIONS1 - Procédé d'optimisation de la consommation d'énergie électrique contenue dans des batteries, pour un véhicule hybride utilisant un carburant ainsi qu'une énergie électrique délivrée par ces batteries rechargeables par un réseau de distribution extérieur, le véhicule comportant un moyen de mesure du niveau de charge des batteries (SOE), ainsi qu'un moyen de mesure de la distance parcourue (D), caractérisé en ce qu'il réalise les étapes suivantes de manière périodique, il évalue une vitesse moyenne actuelle du véhicule (Vm), il détermine avec cette vitesse moyenne le type de roulage en cours parmi un nombre limité de type de roulage (V, R, A) comportant chacun une plage de vitesse, il détermine à partir de statistiques sur ces types de roulage, une distance estimée (De) pour le parcours total à effectuer entre deux recharges par le réseau extérieur, et il optimise la consommation d'énergie électrique des batteries en fonction du niveau de charge de ces batteries (SOE) et de la distance estimée (De), afin d'utiliser au maximum l'énergie stockée dans les batteries pendant ce parcours.
2 - Procédé d'optimisation de la consommation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse moyenne actuelle du véhicule (Vm), est une vitesse moyenne glissante.
3 - Procédé d'optimisation de la consommation selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vitesse moyenne actuelle glissante (Vm) est établie sur une longueur venant d'être parcourue, qui est constante.
4 - Procédé d'optimisation de la consommation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'optimisation de la consommation d'énergie électrique des batteries (SOE), prend en compte uniquement le dernier type de roulage (V, R, A), pour déterminer à partir de statistiques sur ce type de roulage, la distance estimée (De) pour le parcours total à effectuer entre deux recharges.
5 - Procédé d'optimisation de la consommation selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il calcule à partir du niveau de charge des batteries(SOE), et de la distance estimée (De) du parcours, une pente de décharge qui donnerait des batteries vides à la fin d'un parcours suivant cette estimation, en conservant le même type de roulage.
6 - Procédé d'optimisation de la consommation selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que si le véhicule a déjà accompli une distance depuis la dernière décharge qui est plus importante que la nouvelle distance estimée (De), alors la pente de décharge calculée (P3) est la plus forte possible pour décharger les batteries au plus vite.
7 - Procédé d'optimisation de la consommation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre limité de type de roulage comporte un roulage du type ville pour les vitesses moyennes (Vm) inférieures à un seuil bas, un roulage du type route (R) pour les vitesses moyennes comprises entre deux seuils intermédiaires, et un roulage du type autoroute pour les vitesses moyennes supérieures à un seuil haut.
8 - Procédé d'optimisation de la consommation selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'entre deux seuils de deux types de roulage successifs, les distances estimées (De) sont une fonction linéaire reliant les deux distances estimées de ces deux types de roulage.
9 - Véhicule hybride utilisant un carburant ainsi qu'une énergie électrique délivrée par des batteries rechargeables par un réseau de distribution extérieur, et comprenant un procédé d'optimisation de la consommation d'énergie électrique contenue dans ces batteries, caractérisé en ce que ce procédé est réalisé suivant l'une quelconque des revendications précédentes.