FR3094680A1 - MOTOR VEHICLE INCLUDING AN ELECTRICAL POWER SUPPLY CIRCUIT WITH DOUBLE LITHIUM ACCUMULATOR - Google Patents
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Abstract
Véhicule automobile comprenant un moteur thermique et un circuit d’alimentation électrique (10) comportant :au moins un organe consommateur d’énergie électrique (14) ; un démarreur (16) pour démarrer le moteur ; un accumulateur de puissance (20) au lithium configuré pour fournir au démarreur (16) une quantité d’énergie électrique permettant le démarrage du moteur, un accumulateur d’énergie (22) au lithium configuré pour alimenter en énergie électrique ledit au moins un organe consommateur d’énergie électrique (14),dans lequel ledit au moins un organe consommateur d’énergie électrique (14), l’alternateur (18), le démarreur(16), l’accumulateur de puissance (20) et l’accumulateur d’énergie (22) sont reliés électriquement en parallèle les uns par rapport aux autres. Figure pour l’abrégé : Fig. 1Motor vehicle comprising a heat engine and an electrical supply circuit (10) comprising: at least one electrical energy consuming device (14); a starter (16) for starting the engine; a lithium power accumulator (20) configured to supply the starter (16) with a quantity of electrical energy allowing the starting of the engine, a lithium energy accumulator (22) configured to supply electrical energy to said at least one component electrical energy consumer (14), wherein said at least one electrical energy consuming member (14), the alternator (18), the starter (16), the power accumulator (20) and the accumulator energy (22) are electrically connected in parallel with respect to each other. Figure for the abstract: Fig. 1
Description
La présente invention concerne un véhicule automobile comprenant un circuit d’alimentation électrique à double accumulateur au lithium. La présente invention concerne également un procédé de pilotage d’un tel circuit d’alimentation électrique.The present invention relates to a motor vehicle comprising a dual lithium battery power supply circuit. The present invention also relates to a method for controlling such a power supply circuit.
Depuis près d’un siècle, l’ensemble des véhicules automobiles sont équipés d’une batterie (appelé autrement accumulateur) au plomb. L’évolution des technologies et des contraintes réglementaires tend aujourd’hui au remplacement des batteries au plomb par des systèmes alternatifs. Cependant, ce remplacement n’est pas simple à opérer car la batterie au plomb présente des caractéristiques techniques adaptées à l’application à un véhicule automobile tout en ayant un coût limité.For nearly a century, all motor vehicles have been equipped with a lead-acid battery (otherwise called an accumulator). The evolution of technologies and regulatory constraints tends today to replace lead batteries by alternative systems. However, this replacement is not easy to operate because the lead battery has technical characteristics suitable for application to a motor vehicle while having a limited cost.
Entre autres, les batteries au plomb présentent deux qualités fondamentales : la puissance à froid et la réserve d’énergie pour compenser les courants en veille (autrement appelés « courants off ») lorsque le véhicule est en stationnement longue durée.Among other things, lead-acid batteries have two fundamental qualities: cold power and energy reserve to compensate for standby currents (otherwise called "off currents") when the vehicle is parked for a long period of time.
La puissance d’une batterie, exprimée en Ampère-heure (A.h), est la capacité d’une batterie à délivrer une quantité d'électricité prédéterminée. Dans le contexte automobile, la batterie doit garantir le démarrage du moteur thermique à froid après un parking prolongé, i.e. après une décharge partielle de la batterie. Très classiquement, une batterie au plomb peut parfaitement démarrer un moteur à -20°C ou -30°C après une durée de parking de 1 ou 2 mois. Son état de charge (autrement appelé « SOC ») est encore supérieur à 60% et 20 à 30% de sa capacité a été déchargée par les « courants off ».The power of a battery, expressed in Ampere-hour (A.h), is the capacity of a battery to deliver a predetermined quantity of electricity. In the automotive context, the battery must guarantee the starting of the cold combustion engine after prolonged parking, i.e. after a partial discharge of the battery. Very conventionally, a lead-acid battery can perfectly start an engine at -20°C or -30°C after a parking period of 1 or 2 months. Its state of charge (otherwise called “SOC”) is still above 60% and 20 to 30% of its capacity has been discharged by “off currents”.
La réserve d’énergie, ou densité massique ou énergie spécifique, exprimée en watt-heure par kilogramme (W.h/kg), correspond à la quantité d'énergie que la batterie peut restituer par rapport à sa masse.The energy reserve, or mass density or specific energy, expressed in watt-hours per kilogram (W.h/kg), corresponds to the amount of energy that the battery can restore in relation to its mass.
En outre, une batterie au plomb résiste bien aux conditions difficiles présentes sous un capot moteur d’un véhicule où la température peut atteindre 80°C et où la batterie peut rester plusieurs heures par jour à plus de 60°C. Cet environnement « chaud » a un impact non négligeable sur son vieillissement. Cependant, le faible coût des batteries au plomb permet de la changer régulièrement (tous les 5 ans en moyenne en Europe) comme toutes pièces d’usure du véhicule. Par ailleurs, le taux de recyclabilité d’une batterie plomb est très élevé (>95%) et elle peut être convertie en batteries neuves.In addition, a lead-acid battery resists well to the difficult conditions present under the bonnet of a vehicle where the temperature can reach 80°C and where the battery can remain several hours a day at more than 60°C. This “hot” environment has a significant impact on its aging. However, the low cost of lead batteries allows them to be changed regularly (every 5 years on average in Europe) like all wearing parts of the vehicle. In addition, the recyclability rate of a lead battery is very high (>95%) and it can be converted into new batteries.
Il est à noter que cette aptitude à résister aux températures élevées permet de disposer la batterie au plomb proche du moteur thermique et donc de l’alternateur et du démarreur. Ainsi, les câbles de connexion de la batterie au plomb sont courts et les pertes résistives faibles.It should be noted that this ability to withstand high temperatures makes it possible to place the lead-acid battery close to the internal combustion engine and therefore to the alternator and the starter. Thus, the lead battery connection cables are short and the resistive losses are low.
De nombreuses solutions existent pour suppléer la batterie au plomb mais uniquement durant certaines phases de fonctionnement du véhicule automobile de sorte que toutes ces solutions comportent une batterie au plomb accompagnée d’une batterie supplémentaire de technologie différente. A titre d’exemple, le document WO 2017163959 A1 décrit un circuit d’alimentation électrique comprenant deux batteries en parallèle pour un système micro-hybride. Le circuit d’alimentation électrique comprend une batterie au plomb accompagnée d’une batterie au lithium pour assurer la récupération d’énergie en freinage. On comprend qu’un tel système comportant une batterie au plomb risque à terme de ne plus satisfaire aux contraintes réglementaires.Many solutions exist to supplement the lead battery but only during certain operating phases of the motor vehicle so that all these solutions include a lead battery accompanied by an additional battery of different technology. By way of example, document WO 2017163959 A1 describes a power supply circuit comprising two batteries in parallel for a micro-hybrid system. The electrical supply circuit includes a lead-acid battery accompanied by a lithium battery to ensure the recovery of energy during braking. It is understood that such a system comprising a lead-acid battery risks in the long term no longer satisfying the regulatory constraints.
Il existe donc un besoin pour un véhicule automobile comprenant un système d’alimentation en énergie électrique permettant de suppléer totalement une batterie au plomb.There is therefore a need for a motor vehicle comprising an electrical energy supply system making it possible to completely supplement a lead-acid battery.
Pour cela, l’invention propose un véhicule automobile comprenant un moteur et un circuit d’alimentation électrique comportant :
au moins un organe consommateur d’énergie électrique ;
un démarreur pour démarrer le moteur ;
un accumulateur de puissance au lithium configuré pour fournir au démarreur une quantité d’énergie électrique permettant le démarrage du moteur,
un accumulateur d’énergie au lithium configuré pour alimenter en énergie électrique ledit au moins un organe consommateur d’énergie électrique,
dans lequel ledit au moins un organe consommateur d’énergie électrique, l’alternateur, le démarreur, l’accumulateur de puissance et l’accumulateur d’énergie sont reliés électriquement en parallèle les uns par rapport aux autres.For this, the invention proposes a motor vehicle comprising a motor and an electrical supply circuit comprising:
at least one electrical energy consuming member;
a starter to start the engine;
a lithium power accumulator configured to supply the starter with a quantity of electrical energy allowing the engine to be started,
a lithium energy accumulator configured to supply electrical energy to said at least one electrical energy consuming member,
wherein said at least one electrical energy consuming member, the alternator, the starter, the power accumulator and the energy accumulator are electrically connected in parallel with each other.
L’association de deux accumulateurs (ou batteries) au lithium chacun dédié à une fonction spécifique permet de s’adapter plus efficacement aux contraintes et attentes du circuit d’alimentation électrique du véhicule automobile. Les deux accumulateurs au lithium peuvent par exemple être de technologies différentes, à des emplacements différents dans le véhicule automobile et/ou être pilotés différemment.The combination of two lithium accumulators (or batteries) each dedicated to a specific function makes it possible to adapt more effectively to the constraints and expectations of the motor vehicle's electrical supply circuit. The two lithium accumulators can for example be of different technologies, at different locations in the motor vehicle and/or be controlled differently.
Plus particulièrement, l’un des accumulateurs, dit de « puissance » est configuré pour délivrer une quantité d'électricité prédéterminée permettant le démarrage du moteur. L’autre accumulateur, dit « d’énergie », est configuré pour alimenter en énergie électrique ledit au moins un organe consommateur d’énergie électrique et compenser les « courant off » lorsque le véhicule automobile est en parking longue durée.More specifically, one of the so-called "power" accumulators is configured to deliver a predetermined quantity of electricity allowing the engine to be started. The other, so-called “energy” accumulator, is configured to supply electrical energy to said at least one electrical energy consuming member and to compensate for the “current off” when the motor vehicle is in long-term parking.
Cette configuration à double accumulateur au lithium permet d’obtenir un système complémentaire d’accumulateurs présentant des caractéristiques techniques équivalentes voire meilleures qu’un accumulateur au plomb. De plus, cette configuration permet une grande flexibilité dans le choix de la quantité d’énergie embarquée dans le véhicule automobile sans contraintes excessives d’implantation, contrairement aux accumulateurs au plomb pour lesquels ce problème est récurrent.This dual lithium battery configuration makes it possible to obtain a complementary battery system with equivalent or even better technical characteristics than a lead-acid battery. In addition, this configuration allows great flexibility in the choice of the amount of energy on board the motor vehicle without excessive installation constraints, unlike lead-acid batteries for which this problem is recurrent.
Selon un mode de réalisation du véhicule automobile, l’accumulateur de puissance et l’accumulateur d’énergie ont des électrodes négatives de compositions différentes l’une de l’autre.According to one embodiment of the motor vehicle, the power accumulator and the energy accumulator have negative electrodes of different compositions from one another.
Selon un mode de réalisation du véhicule automobile, l’accumulateur de puissance comporte une anode comprenant du Lithium-Titanate et/ou l’accumulateur d’énergie comporte une anode comprenant graphite.According to one embodiment of the motor vehicle, the power accumulator comprises an anode comprising Lithium-Titanate and/or the energy accumulator comprises an anode comprising graphite.
Selon un mode de réalisation du véhicule automobile, l’accumulateur de puissance est disposé au niveau d’une zone chaude du véhicule automobile et l’accumulateur d’énergie est disposé au niveau d’une zone froide du véhicule automobile.According to one embodiment of the motor vehicle, the power accumulator is placed at the level of a hot zone of the motor vehicle and the energy accumulator is placed at the level of a cold zone of the motor vehicle.
Selon un mode de réalisation du véhicule automobile, l’accumulateur de puissance est disposé à proximité du moteur, l’accumulateur d’énergie étant disposé à l’intérieur de l’habitacle du véhicule automobile.According to one embodiment of the motor vehicle, the power accumulator is arranged close to the engine, the energy accumulator being arranged inside the passenger compartment of the motor vehicle.
Selon un mode de réalisation du véhicule automobile, l’accumulateur de puissance, l’accumulateur d’énergie et le démarreur sont chacun disposés sur une branche du circuit d’alimentation électrique, chaque branche étant montée en parallèle par rapport aux autres et comportant un relai sélectivement actionnable pour connecter électriquement l’accumulateur de puissance, l’accumulateur d’énergie ou le démarreur présent sur la branche au reste du circuit d’alimentation électrique.According to one embodiment of the motor vehicle, the power accumulator, the energy accumulator and the starter are each arranged on a branch of the electrical supply circuit, each branch being mounted in parallel with respect to the others and comprising a selectively operable relay to electrically connect the power accumulator, the energy accumulator or the starter present on the branch to the rest of the electrical supply circuit.
Selon un mode de réalisation du véhicule automobile, le circuit d’alimentation électrique définit un premier sous-circuit comprenant l’accumulateur de puissance, le démarreur et l’alternateur, et un deuxième sous-circuit comprenant l’accumulateur d’énergie et ledit au moins un organe consommateur d’énergie électrique, le circuit d’alimentation électrique comprenant en outre un relai de séparation configuré pour permettre la connexion sélective des premier et deuxième sous-circuits entre eux.According to one embodiment of the motor vehicle, the electrical power supply circuit defines a first sub-circuit comprising the power accumulator, the starter and the alternator, and a second sub-circuit comprising the energy accumulator and said at least one electrical energy consuming member, the electrical power supply circuit further comprising a separation relay configured to allow the selective connection of the first and second sub-circuits to one another.
Selon un mode de réalisation du véhicule automobile, le circuit d’alimentation électrique comprend en outre :
un organe de chauffage de l’accumulateur d’énergie monté en parallèle par rapport l’accumulateur d’énergie, et
un relai additionnel sélectivement actionnable pour connecter électriquement l’organe de chauffage et le reste du circuit d’alimentation électrique.According to one embodiment of the motor vehicle, the electrical supply circuit further comprises:
a heater of the energy accumulator connected in parallel with respect to the energy accumulator, and
an additional relay selectively operable to electrically connect the heating member and the rest of the electrical supply circuit.
Selon un mode de réalisation du véhicule automobile, l’organe de chauffage s’étend au moins partiellement à l’intérieur de l’accumulateur d’énergie.According to one embodiment of the motor vehicle, the heating member extends at least partially inside the energy accumulator.
L’invention concerne également un procédé de pilotage d’un circuit d’alimentation électrique pour un véhicule automobile tel que décrit ci-avant, le circuit d’alimentation électrique comprenant en outre un alternateur pour générer de l’énergie électrique à partir du moteur, l’alternateur étant monté sur une branche parallèle aux autres branches du circuit d’alimentation électrique, comprenant au moins l’une parmi les étapes suivantes :
lorsque le moteur est éteint en phase de stationnement du véhicule automobile , commander les relais de manière à connecter électriquement l’accumulateur d’énergie audit au moins un organe consommateur d’énergie électrique et à déconnecter électriquement l’accumulateur de puissance et le démarreur du reste du circuit d’alimentation,
pour le démarrage du moteur, commander les relais de manière à connecter électriquement l’accumulateur de puissance au démarreur et à déconnecter électriquement l’accumulateur d’énergie du reste du circuit d’alimentation,
pour la réalisation d’un fonctionnement micro-hybride dans lequel l’accumulateur de puissance récupère de l’énergie électrique lors d’un freinage du véhicule automobile et distribue de l’énergie électrique lors d’une accélération du véhicule automobile, commander les relais de manière à déconnecter électriquement l’accumulateur d’énergie et le démarreur du reste du circuit d’alimentation et commander les relais de manière à connecter électriquement l’alternateur à l’accumulateur de puissance.The invention also relates to a method for controlling an electrical power supply circuit for a motor vehicle as described above, the electrical power supply circuit further comprising an alternator for generating electrical energy from the motor , the alternator being mounted on a branch parallel to the other branches of the power supply circuit, comprising at least one of the following steps:
when the engine is off in the parking phase of the motor vehicle, controlling the relays so as to electrically connect the energy accumulator to said at least one electrical energy consuming member and to electrically disconnect the power accumulator and the starter from the rest of the power supply circuit,
for starting the engine, controlling the relays so as to electrically connect the power accumulator to the starter and to electrically disconnect the energy accumulator from the rest of the supply circuit,
for carrying out a micro-hybrid operation in which the power accumulator recovers electrical energy during braking of the motor vehicle and distributes electrical energy during acceleration of the motor vehicle, controlling the relays so as to electrically disconnect the energy accumulator and the starter from the rest of the supply circuit and control the relays so as to electrically connect the alternator to the power accumulator.
Les dessins annexés illustrent l’invention :The accompanying drawings illustrate the invention:
Description de mode(s) de réalisation
Description of embodiment(s)
Tel que représenté à la figure 1, un circuit d’alimentation électrique 10 est proposé pour l’alimentation électrique d’un véhicule automobile 12 comprenant un moteur 11 thermique permettant l’entrainement du véhicule automobile 12. Le circuit d’alimentation électrique 10 est un réseau basse tension, notamment inférieure à 20V. Le véhicule automobile 12 est en particulier un véhicule micro-hybride ayant une fonction « Start-and-Stop » (appelée aussi démarrage-arrêt automatique). Cette fonction permet de couper automatiquement le moteur lors des arrêts et de le relancer automatiquement dès que le conducteur redémarre. Les fonctions micro-hybrides correspondent à une récupération d’énergie électrique par un accumulateur du circuit d’énergie électrique lors d’un freinage du véhicule automobile 12 et une distribution d’énergie électrique lors d’une accélération du véhicule automobile 12.As represented in FIG. 1, an electric power supply circuit 10 is proposed for the electric power supply of a motor vehicle 12 comprising a heat engine 11 allowing the driving of the motor vehicle 12. The electric power supply circuit 10 is a low voltage network, in particular less than 20V. The motor vehicle 12 is in particular a micro-hybrid vehicle having a “Start-and-Stop” function (also called automatic start-stop). This function makes it possible to automatically cut the engine during stops and to restart it automatically as soon as the driver starts again. The micro-hybrid functions correspond to a recovery of electrical energy by an accumulator of the electrical energy circuit during braking of the motor vehicle 12 and a distribution of electrical energy during an acceleration of the motor vehicle 12.
Le circuit d’alimentation électrique 10 comprend au moins un organe consommateur d’énergie électrique 14. De manière usuelle et préférée, le véhicule automobile 12 comprend une pluralité d’organes consommateurs d’énergie électrique 14. Les organes consommateurs d’énergie électrique 14 correspondent aux systèmes embarqués dans le véhicule automobile 12 demandant une alimentation en énergie électrique pour fonctionner. A titre d’exemple, la direction assistée est un organe consommateur d’énergie électrique 14 au sens de la présente invention. Lorsque le circuit d’alimentation électrique 10 comprend une pluralité d’organes consommateurs d’énergie électrique 14, ceux-ci sont connectés en parallèle les uns par rapport aux autres.The electrical power supply circuit 10 comprises at least one electrical energy consuming member 14. Usually and preferably, the motor vehicle 12 includes a plurality of electrical energy consuming members 14. The electrical energy consuming members 14 correspond to the systems on board the motor vehicle 12 requiring a supply of electrical energy to operate. By way of example, the power steering is an electrical energy consuming member 14 within the meaning of the present invention. When the electrical power supply circuit 10 comprises a plurality of electrical energy consuming members 14, these are connected in parallel with respect to each other.
Le circuit d’alimentation électrique 10 comprend également un démarreur 16 et un alternateur 18. Le démarreur 16 permet, une fois alimenté en énergie électrique, de démarrer le moteur 11 lorsque celui-ci est arrêté. L’alternateur 18 permet de générer de l’énergie électrique lorsque le véhicule automobile 12 est en mouvement pour le rechargement d’un accumulateur. Le démarreur 16 et l’alternateur 18 sont disposés en parallèle l’un par rapport à l’autre et également par rapport audit au moins un organe consommateur d’énergie électrique 14. En d’autres termes, le démarreur 16, l’alternateur 18 et ledit au moins un organe consommateur d’énergie électrique 14 sont disposés sur des branches parallèles du circuit d’alimentation électrique 10.The electrical supply circuit 10 also includes a starter 16 and an alternator 18. The starter 16 makes it possible, once supplied with electrical energy, to start the motor 11 when the latter is stopped. The alternator 18 makes it possible to generate electrical energy when the motor vehicle 12 is in motion for recharging an accumulator. The starter 16 and the alternator 18 are arranged in parallel with respect to each other and also with respect to said at least one electrical energy consuming member 14. In other words, the starter 16, the alternator 18 and said at least one electrical energy consumer member 14 are arranged on parallel branches of the electrical supply circuit 10.
Le circuit d’alimentation comprend en outre un accumulateur de puissance 20 et un accumulateur d’énergie 22. Les accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 sont disposés en parallèle l’un par rapport à l’autre et en parallèle par rapport aux autres composants du circuit d’alimentation électrique 10.The power supply circuit further comprises a power accumulator 20 and an energy accumulator 22. The power 20 and energy accumulators 22 are arranged in parallel with respect to each other and in parallel with respect to the other components of the power supply circuit 10.
L’accumulateur de puissance 20 est configuré pour fournir au démarreur une quantité d’énergie électrique permettant le démarrage du moteur 11. En d’autres termes, l’accumulateur de puissance 20 est choisi et dimensionné pour servir au démarrage du moteur 11 tant après une phase de parking que pour une fonction de « start and stop », i.e. un redémarrage automatique du moteur 11 pendant une phase d’usage du véhicule automobile 12.The power accumulator 20 is configured to supply the starter with a quantity of electrical energy allowing the engine 11 to be started. In other words, the power accumulator 20 is chosen and sized to be used for starting the engine a parking phase than for a “start and stop” function, ie an automatic restart of the engine 11 during a phase of use of the motor vehicle 12.
L’accumulateur d’énergie 22 est configuré pour alimenter en énergie électrique ledit au moins un organe consommateur d’énergie électrique 14. En d’autres termes, l’accumulateur d’énergie 22 est choisi et dimensionné pour alimenter les organes consommateurs d’énergie électrique 14 lors d’une phase de roulage du véhicule automobile 12 ou les courants « off » en phase de parking. Les « courants off » sont de l’ordre de quelques mA. Pour des raisons de sécurité de l’alimentation électrique en cas de dysfonctionnement de l’alternateur ou d’un convertisseur ou de l’accumulateur de puissance 20, l’accumulateur d’énergie 22 doit également pouvoir ponctuellement assurer un minimum de fonctions de puissance. Le choix de la technologie de l’accumulateur d’énergie 22 respecte donc de préférence cette exigence. Cette redondance de source d’énergie permet de sécuriser le véhicule automobile 12.The energy accumulator 22 is configured to supply electrical energy to said at least one electrical energy consuming member 14. In other words, the energy accumulator 22 is chosen and sized to supply the consuming members of electrical energy 14 during a driving phase of the motor vehicle 12 or the “off” currents in the parking phase. The “off currents” are of the order of a few mA. For reasons of safety of the electrical supply in the event of malfunction of the alternator or of a converter or of the power accumulator 20, the energy accumulator 22 must also be able to provide a minimum of power functions from time to time. . The choice of the technology of the energy accumulator 22 therefore preferably meets this requirement. This energy source redundancy makes it possible to secure the motor vehicle 12.
L’accumulateur de puissance 20 et l’accumulateur d’énergie 22 sont des accumulateurs au lithium. On entend par accumulateur au lithium un accumulateur électrochimique dont la réaction est fondée sur l’élément lithium. En particulier, les accumulateurs lithium sont ici de préférence des accumulateurs appelés « lithium-ion » où le lithium reste à l'état ionique grâce à l'utilisation d'un composé d'insertion aussi bien à l'électrode négative (par exemple en graphite ou en titanate) qu'à l'électrode positive (par exemple dioxyde de cobalt, manganèse, phosphate de fer). Cette technologie « lithium-ion » est avantageuse car elle présente une énergie massique importante et le phénomène d’« auto-décharge » est relativement faible en comparaison à d’autres technologies d’accumulateurs. De plus, la grande variété de combinaisons possibles entre les électrodes négatives et positives permet une grande flexibilité de fonctionnement.The power accumulator 20 and the energy accumulator 22 are lithium accumulators. A lithium battery is an electrochemical battery whose reaction is based on the lithium element. In particular, the lithium accumulators are here preferably accumulators called “lithium-ion” where the lithium remains in the ionic state thanks to the use of an insertion compound both at the negative electrode (for example in graphite or titanate) than at the positive electrode (e.g. cobalt dioxide, manganese, iron phosphate). This "lithium-ion" technology is advantageous because it has a high specific energy and the "self-discharge" phenomenon is relatively low compared to other battery technologies. In addition, the wide variety of possible combinations between the negative and positive electrodes allows great operating flexibility.
Pour obtenir une complémentarité de fonctionnement entre les accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22, ceux-ci sont de préférence de technologies lithium différentes. En d’autres termes, les électrodes positives et/ou négatives des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 ont des compositions différentes l’une de l’autre.To obtain complementary operation between the power 20 and energy 22 accumulators, these are preferably of different lithium technologies. In other words, the positive and/or negative electrodes of the power 20 and energy 22 accumulators have different compositions from each other.
L’accumulateur de puissance 20 comporte de préférence une électrode négative composée de titanate (autrement appelée électrode « LTO » ou « Lithium-Titanate »). Il a été observé qu’une électrode négative composée de titanate permet de supporter, pour des durées relativement courtes, de forts courants en charge comme en décharge, c’est-à-dire de développer une forte densité de puissance. Un accumulateur lithium à électrode négative composée de titanate est donc adapté au démarrage du moteur 11. De plus, un tel accumulateur présente une bonne résistance aux hautes températures, il peut donc être disposé proche du moteur 11. Dans la présente demande, on utilise indifféremment les termes « accumulateur de puissance » et « accumulateur à forte densité de puissance ».The power accumulator 20 preferably comprises a negative electrode composed of titanate (otherwise called “LTO” or “Lithium-Titanate” electrode). It has been observed that a negative electrode made of titanate makes it possible to withstand, for relatively short periods of time, high currents in charge as well as in discharge, i.e. to develop a high power density. A lithium battery with a negative electrode made up of titanate is therefore suitable for starting the motor 11. In addition, such a battery has good resistance to high temperatures, it can therefore be placed close to the motor 11. In the present application, use is made of the terms “power accumulator” and “high power density accumulator”.
L’accumulateur d’énergie 22 comporte de préférence une électrode négative composée de graphite. Il a été observé qu’une électrode négative composée de graphite permet de fournir des courants faibles à moyens pour des durées relativement longues, c’est-à-dire de développer une forte densité d’énergie. Un accumulateur lithium à électrode négative composée de graphite est donc adapté à l’alimentation électrique des organes consommateurs d’énergie électrique 14 du véhicule automobile 12. De plus, le coût d’un tel accumulateur est très raisonnable, notamment bien moindre que le coût d’un accumulateur à électrode négative composée de titanate. Dans la présente demande, on utilise indifféremment les termes « accumulateur d’énergie » et « accumulateur à forte densité d’énergie ».The energy accumulator 22 preferably includes a negative electrode made of graphite. It has been observed that a negative electrode made of graphite makes it possible to supply low to medium currents for relatively long durations, i.e. to develop a high energy density. A lithium accumulator with a negative electrode composed of graphite is therefore suitable for supplying electrical power to the electrical energy consuming members 14 of the motor vehicle 12. In addition, the cost of such an accumulator is very reasonable, in particular much lower than the cost an accumulator with a negative electrode composed of titanate. In the present application, the terms “energy accumulator” and “high energy density accumulator” are used interchangeably.
L’association d’un accumulateur lithium à électrode négative titanate pour les fonctions de puissance et d’un accumulateur lithium à électrode négative graphite pour les fonctions d’énergie permet de satisfaire l’ensemble des besoins en alimentation électrique du véhicule automobile 12. Dès lors, cette combinaison d’accumulateurs permet de suppléer une batterie au plomb.The combination of a lithium accumulator with a negative titanate electrode for the power functions and a lithium accumulator with a negative graphite electrode for the energy functions makes it possible to satisfy all of the electrical supply requirements of the motor vehicle 12. Therefore, this combination of accumulators makes it possible to supplement a lead-acid battery.
Tel que représenté en figure 2, l’accumulateur de puissance 20 est de préférence disposé à proximité du moteur 11, en particulier sous le capot moteur. Cette disposition proche du moteur 11, du démarreur 16 et de l’alternateur 18 permet de limiter la longueur des câbles de connexion et donc les pertes résistives. Compte-tenu de la chaleur dégagée par le moteur 11 en utilisation du véhicule automobile 12, la zone sous le capot moteur est dite « zone chaude » 24. La température à proximité du moteur 11 peut atteindre 80°C et peut rester plusieurs heures à 60°C. En comparaison, l’habitacle 28 du véhicule automobile 12 est considéré comme une « zone froide » 26. L’utilisation d’un accumulateur de puissance 20 au lithium à électrode négative composé de titanate permet une installation de l’accumulateur de puissance 20 dans des zones à fortes températures, notamment supérieures à 60°C. Les câbles reliant l’accumulateur de puissance 20 au démarreur 16 et à l’alternateur 18 sont de préférence de grande section, i.e. ayant une section plus importante que la section des câbles reliant l’accumulateur d’énergie 22 au reste du circuit d’alimentation électrique 10. L’implantation de l’accumulateur de puissance 20 au niveau du moteur 11 est préférée car il supportera aisément les températures élevées de sorte que sa durée de vie pourra même égaler la durée de vie du véhicule automobile 12. Ainsi, les contraintes d’implantation dans le compartiment moteur sont fortement diminuées car l’accumulateur disposé dans le compartiment moteur n’est plus une pièce d’usure et donc n’aura plus besoin d’être facilement accessible. En effet, l’accumulateur au plomb nécessite plusieurs remplacements durant la durée de vie du véhicule automobile ce qui implique que son accès doit être simplifié.As shown in Figure 2, the power accumulator 20 is preferably arranged close to the engine 11, in particular under the engine cover. This arrangement close to the motor 11, the starter 16 and the alternator 18 makes it possible to limit the length of the connection cables and therefore the resistive losses. Given the heat released by the engine 11 in use of the motor vehicle 12, the area under the engine hood is called "hot area" 24. The temperature near the engine 11 can reach 80 ° C and can remain several hours at 60°C. In comparison, the passenger compartment 28 of the motor vehicle 12 is considered to be a "cold zone" 26. The use of a lithium power accumulator 20 with a negative electrode composed of titanate allows installation of the power accumulator 20 in areas with high temperatures, in particular above 60°C. The cables connecting the power accumulator 20 to the starter 16 and to the alternator 18 are preferably of large cross section, ie having a larger cross section than the cross section of the cables connecting the energy accumulator 22 to the rest of the circuit of power supply 10. The location of the power accumulator 20 at the level of the motor 11 is preferred because it will easily withstand high temperatures so that its service life can even equal the service life of the motor vehicle 12. Thus, the installation constraints in the engine compartment are greatly reduced because the accumulator placed in the engine compartment is no longer a wearing part and therefore will no longer need to be easily accessible. Indeed, the lead-acid accumulator requires several replacements during the life of the motor vehicle, which implies that its access must be simplified.
L’accumulateur d’énergie 22 est de préférence disposé au niveau d’une « zone froide », en comparaison à la zone sous capot moteur qui est considérée comme une « zone chaude ». En effet, les performances des accumulateurs à électrode négative composée de graphite sont réduites au-dessous de 10°C et des températures élevées (notamment supérieures à 50°C) entrainent une dégradation prématurée de l’accumulateur. Dès lors, l’accumulateur d’énergie 22 est de préférence disposé à l’intérieur de l’habitacle 28 du véhicule automobile 12 de manière à garantir des performances de fonctionnement optimums. De manière encore préférée, l’accumulateur d’énergie 22 est disposé à l’intérieur du coffre du véhicule automobile 12, par exemple au niveau de l’emplacement d’une roue de secours. Cet emplacement permet de ne pas soumettre l’accumulateur d’énergie 22 à des températures et un niveau d’ensoleillement néfastes à sa durée de vie. De plus, l’emplacement dans le coffre permet de faciliter la maintenance et/ou le remplacement de l’accumulateur d’énergie 22.The energy accumulator 22 is preferably placed at the level of a “cold zone”, in comparison with the zone under the bonnet which is considered as a “hot zone”. Indeed, the performance of accumulators with a negative electrode made of graphite is reduced below 10°C and high temperatures (in particular above 50°C) lead to premature degradation of the accumulator. Therefore, the energy accumulator 22 is preferably arranged inside the passenger compartment 28 of the motor vehicle 12 so as to guarantee optimum operating performance. Even more preferably, the energy accumulator 22 is arranged inside the trunk of the motor vehicle 12, for example at the level of the location of a spare wheel. This location makes it possible not to subject the energy accumulator 22 to temperatures and a level of sunlight that are detrimental to its lifespan. In addition, the location in the boot facilitates maintenance and/or replacement of the energy accumulator 22.
La disposition de l’un seul des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 au niveau du compartiment moteur permet une standardisation de l’implantation du compartiment moteur car le volume alloué à l’accumulateur sera toujours le même quel que soit le niveau d’équipement du véhicule automobile 12.The provision of only one of the power 20 and energy 22 accumulators at the level of the engine compartment allows a standardization of the layout of the engine compartment because the volume allocated to the accumulator will always be the same whatever the level of motor vehicle equipment 12.
L’électrode positive de chacun des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 peut être choisie parmi différents types d’électrodes, telles que les électrodes lithium-manganèse-cobalt (appelée « NMC », lithium-fer-phosphate (appelée « LFP »), lithium-manganèse-spinelle (appelée « LMO ») ou encore lithium-dioxyde de cobalt (appelée « LCO »). Chaque type d’électrode positive présente des performances électriques, une durée de vie et un coût qui lui est propre. Dans ce cadre, la tension intrinsèque ou tension à courant nul (appelé « OCV » pour Open Circuit Voltage en anglais) d’une technologie lithium en fonction de l’état de charge (appelé « SOC » pour State Of Charge en anglais) est également singulière. De plus, la tension moyenne d’une cellule d’accumulateur comprenant un couple d’électrodes positive et négative est très dépendante de la technologie de l’électrode négative. Le couple d’électrodes le plus adapté correspond donc aux conditions dans lesquelles les accumulateurs sont utilisés.The positive electrode of each of the power 20 and energy 22 accumulators can be chosen from among different types of electrodes, such as lithium-manganese-cobalt electrodes (called “NMC”, lithium-iron-phosphate (called “LFP ), lithium-manganese-spinel (called "LMO") or lithium-cobalt dioxide (called "LCO"). Each type of positive electrode has its own electrical performance, lifetime and cost. In this context, the intrinsic voltage or voltage at zero current (called "OCV" for Open Circuit Voltage in English) of a lithium technology according to the state of charge (called "SOC" for State Of Charge in English) is also singular. Moreover, the average voltage of a battery cell comprising a pair of positive and negative electrodes is very dependent on the technology of the negative electrode. The most suitable pair of electrodes therefore corresponds to the conditions in which the accumulators are u used.
Dans le cas d’un véhicule automobile, la plage de tension utilisée est cadrée par deux contraintes : la limite basse correspond à la tension que peut supporter le réseau électrique sans que les fonctions soient dégradées et la limite haute qui est ajustée uniquement pour la recharge du ou des accumulateurs. De manière usuelle, ces limites basse et haute sont fixées en fonction d’un accumulateur au plomb. La limite basse est de l’ordre de 10 à 11 V et la limite haute de l’ordre de 15 à 16 V. Pour limiter les coûts d’une modification de cette plage de tension, les accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 sont de préférence configurés pour fonctionner dans cette plage de tension. Pour cela, l’accumulateur de puissance 20 comporte de préférence une électrode négative « LTO » (Lithium-Titanate) associée avec une électrode positive « LMO » (lithium-manganèse-spinelle). L’accumulateur d’énergie 22 comporte de préférence une électrode négative composée de graphite associée avec une électrode positive « LMO » (lithium-manganèse-spinelle).In the case of a motor vehicle, the voltage range used is framed by two constraints: the lower limit corresponds to the voltage that the electrical network can withstand without the functions being degraded and the upper limit which is adjusted only for recharging. of the accumulator(s). Usually, these low and high limits are set according to a lead-acid accumulator. The lower limit is of the order of 10 to 11 V and the upper limit of the order of 15 to 16 V. To limit the costs of modifying this voltage range, the power 20 and energy accumulators 22 are preferably configured to operate in this voltage range. For this, the power accumulator 20 preferably comprises a negative electrode "LTO" (Lithium-Titanate) associated with a positive electrode "LMO" (lithium-manganese-spinel). The energy accumulator 22 preferably comprises a negative electrode composed of graphite associated with a positive electrode "LMO" (lithium-manganese-spinel).
De plus, le nombre de cellules à l’intérieur des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 est choisi de manière à optimiser le pilotage de ceux-ci et le fonctionnement du circuit d’alimentation électrique 10. Le nombre de cellules est de préférence limité au maximum pour l’intérêt économique et la réduction de la résistance interne des accumulateurs. Il a été observé qu’un nombre de cinq cellules connectées en série pour l’accumulateur de puissance 20 et trois cellules connectées en série pour l’accumulateur d’énergie 22 était la configuration optimum. Les accumulateurs lithium d’énergie comportent généralement quatre cellules. Le pilotage et les technologies choisis pour les accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 permettent donc d’économiser 25% du coût de l’accumulateur d’énergie 22.In addition, the number of cells inside the power 20 and energy 22 accumulators is chosen so as to optimize the control thereof and the operation of the electric power supply circuit 10. The number of cells is preference limited to the maximum for the economic interest and the reduction of the internal resistance of the accumulators. It was observed that a number of five cells connected in series for the power accumulator 20 and three cells connected in series for the energy accumulator 22 was the optimum configuration. Lithium energy accumulators generally have four cells. The control and technologies chosen for the power 20 and energy 22 accumulators therefore make it possible to save 25% of the cost of the energy accumulator 22.
Les cellules des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 sont de préférence des cellules réformées provenant des accumulateurs d’énergie de véhicules électriques.The cells of the power 20 and energy 22 accumulators are preferably reformed cells originating from the energy accumulators of electric vehicles.
La capacité de l’accumulateur de puissance 20 est de préférence choisie de manière à être inférieure ou égale à 15Ah, de manière préférée inférieure ou égale à 10Ah La capacité de l’accumulateur d’énergie 22 est de préférence choisie de manière à être égale à 30Ah pour permettre de fournir l’énergie électrique nécessaire à la phase de parking.The capacity of the power accumulator 20 is preferably chosen so as to be less than or equal to 15Ah, preferably less than or equal to 10Ah The capacity of the energy accumulator 22 is preferably chosen so as to be equal to 30Ah to provide the electrical energy needed for the parking phase.
Les organes consommateurs d’énergie électrique 14 sont de préférence disposés entre les accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22. Les organes consommateurs d’énergie électrique 14 sont alimentés indifféremment par l’alternateur 18 ou l’un des deux accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22.The electrical energy consuming devices 14 are preferably arranged between the power 20 and energy accumulators 22. The electrical energy consuming devices 14 are supplied either by the alternator 18 or one of the two power accumulators 20 and energy 22.
Pour permettre aux accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 d’être utilisés en remplacement d’une batterie au plomb dans le véhicule automobile 12, le circuit d’alimentation électrique comprend de préférence un premier relai A, un deuxième relai B et un troisième relai C permettant respectivement la connexion sélective de l’accumulateur de puissance 20, de l’accumulateur d’énergie 22 et du démarreur 16 au reste du circuit d’alimentation électrique 10. Pour cela, les premier A, deuxième B et troisième C relais sont disposés entre l’accumulateur de puissance 20, l’accumulateur d’énergie 22 et le démarreur 16, respectivement, et le reste du circuit d’alimentation électrique 10. L’ouverture des premier A, deuxième B et troisième C relais permet la déconnexion de l’accumulateur de puissance 20, de l’accumulateur d’énergie 22 ou du démarreur 16, respectivement. Ainsi, dit d’une manière différente, les premier A et deuxième B relais permettent de mettre en service l’un ou l’autre des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22.To allow the power 20 and energy 22 accumulators to be used as a replacement for a lead-acid battery in the motor vehicle 12, the electrical supply circuit preferably comprises a first relay A, a second relay B and a third relay C respectively allowing the selective connection of the power accumulator 20, of the energy accumulator 22 and of the starter 16 to the rest of the electrical supply circuit 10. For this, the first A, second B and third C relays are arranged between the power accumulator 20, the energy accumulator 22 and the starter 16, respectively, and the rest of the power supply circuit 10. The opening of the first A, second B and third C relays allows the disconnection of the power accumulator 20, of the energy accumulator 22 or of the starter 16, respectively. Thus, said in a different way, the first A and second B relays make it possible to put into service one or the other of the power 20 and energy 22 accumulators.
Les premier A et deuxième B relais sont représentés à l’extérieur des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 pour plus de clarté. De manière préférée, le premier relai A est intégré directement à l’accumulateur de puissance 20 et le deuxième relai B est intégré directement à l’accumulateur d’énergie 22 pour assurer la sécurité des accumulateurs. Le troisième relai C correspond à un relai de commande du démarreur 16.The first A and second B relays are shown outside the power 20 and energy 22 accumulators for greater clarity. Preferably, the first relay A is integrated directly into the power accumulator 20 and the second relay B is integrated directly into the energy accumulator 22 to ensure the safety of the accumulators. The third relay C corresponds to a starter control relay 16.
Le circuit d’alimentation électrique 10 comprend en outre un calculateur 30 permettant de commander l’ouverture ou la fermeture des premier A, deuxième B et troisième C relais et de piloter la tension de l’alternateur 18. Le calculateur 30 (autrement appelé Energy management en anglais) est configuré pour recevoir les informations de tension, de courant, de température et d’état de charge de chacun des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22. Le calculateur 30 est configuré pour mettre en œuvre des stratégies permettant aux accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 de technologies et de domaines de tension différents de pouvoir fonctionner ensemble. Ces stratégies de pilotage sont présentées ci-après dans certaines phases caractéristiques du fonctionnement du véhicule automobile 12.The power supply circuit 10 further comprises a computer 30 making it possible to control the opening or closing of the first A, second B and third C relays and to control the voltage of the alternator 18. The computer 30 (otherwise called Energy management in English) is configured to receive voltage, current, temperature and state of charge information from each of the power 20 and energy 22 accumulators. The computer 30 is configured to implement strategies allowing the power 20 and energy 22 accumulators of different technologies and voltage ranges to be able to operate together. These control strategies are presented below in certain characteristic phases of the operation of the motor vehicle 12.
Le pilotage des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 20 est réalisé notamment en fonction d’une courbe caractéristique représentant l’état de charge de l’accumulateur considéré (autrement appelée « SOC » pour State Of Charge en anglais) en fonction de sa tension à courant nul (autrement appelé « OCV » pour Open-Circuit Voltage en anglais). La figure 3 représente une première courbe 32 représentant le SOC en fonction de l’OCV pour l’accumulateur de puissance 20 et une deuxième courbe 34 représentant le SOC en fonction de l’OCV pour l’accumulateur d’énergie 22. Une troisième courbe 36 représente la tension minimale du circuit d’alimentation électrique 10 pour que les fonctions vitales du véhicule automobile fonctionnent, par exemple la direction assistée. Cette tension minimale est ici de 10,5V dans l’exemple présenté.The control of the power 20 and energy 20 accumulators is carried out in particular according to a characteristic curve representing the state of charge of the accumulator considered (otherwise called “SOC” for State Of Charge in English) according to its zero-current voltage (otherwise called "OCV" for Open-Circuit Voltage in English). FIG. 3 represents a first curve 32 representing the SOC as a function of the OCV for the power accumulator 20 and a second curve 34 representing the SOC as a function of the OCV for the energy accumulator 22. A third curve 36 represents the minimum voltage of the electrical supply circuit 10 for the vital functions of the motor vehicle to operate, for example the power steering. This minimum voltage is here 10.5V in the example presented.
Tel que visible sur la figure 3, la tension de l’accumulateur d’énergie 22 est très inférieure à celle de l’accumulateur de puissance 20. Ceci est parfaitement adapté aux fonctions demandées aux accumulateurs dans le circuit d’alimentation électrique. L’accumulateur d’énergie 22 est configuré pour alimenter les « courants off » du véhicule automobile lorsque celui-ci est garé, ces courants étant de l’ordre de 10 à 20 mA, les pertes ohmiques dans les câbles sont très faibles et donc la tension générale du circuit d’alimentation électrique 10 reste toujours très au-dessus de la tension minimale exigée. A contrario, l’accumulateur de puissance 20 est configuré pour subir de forts courants de décharge lors des démarrages ou du fonctionnement micro-hybride et il est adapté que sa tension à courant nul ou « OCV » soit plus élevée.As seen in Figure 3, the voltage of the energy accumulator 22 is much lower than that of the power accumulator 20. This is perfectly suited to the functions required of the accumulators in the power supply circuit. The energy accumulator 22 is configured to supply the "off currents" of the motor vehicle when the latter is parked, these currents being of the order of 10 to 20 mA, the ohmic losses in the cables are very low and therefore the general voltage of the power supply circuit 10 always remains well above the minimum voltage required. Conversely, the power accumulator 20 is configured to undergo high discharge currents during start-up or micro-hybrid operation and it is suitable for its voltage at zero current or “OCV” to be higher.
Les accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 sont configurés pour être utilisés indépendamment, i.e. ne pas être connectés ensemble simultanément au reste du circuit d’alimentation électrique 10. En effet, compte-tenu de leur caractéristiques techniques, l’accumulateur de puissance 20 se déchargerait dans l’accumulateur d’énergie 22 ou lui imposerait une tension trop forte risquant de l’endommager si une connexion simultanée venait être effectuée. Cette connexion sélective est réalisée par la commande des premier A et deuxième B relais.The power 20 and energy 22 accumulators are configured to be used independently, ie not to be connected together simultaneously to the rest of the electrical supply circuit 10. Indeed, given their technical characteristics, the power accumulator 20 would be discharged into the energy accumulator 22 or would impose too high a voltage on it, risking damaging it if a simultaneous connection were to be made. This selective connection is achieved by controlling the first A and second B relays.
Le pilotage du circuit d’alimentation électrique 10 est présenté ci-après en correspondance avec les figures 4 à 20. Pour plus de clarté, ce pilotage est décrit en lien avec les différentes phases de vie du véhicule automobile, associées à la gestion respective des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22. Pour plus de simplicité les tensions de chaque accumulateur seront représentées par sa tension à courant nul ou « OCV ». Un homme du métier comprendra bien sûr que sous courant, elles seraient différentes, s’y ajouteraient ou s’y soustrairaient les pertes ohmiques.The control of the electrical power supply circuit 10 is presented below in correspondence with FIGS. 4 to 20. For greater clarity, this control is described in connection with the different phases of life of the motor vehicle, associated with the respective management of the power 20 and energy 22 accumulators. For simplicity, the voltages of each accumulator will be represented by its voltage at zero current or “OCV”. A person skilled in the art will of course understand that under current, they would be different, the ohmic losses would be added to or subtracted from them.
Les figures 4 et 5 représentent l’état de charge ou « SOC » des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 en fonction de leur tension à courant nul ou « OCV » ainsi que l’état du circuit d’alimentation électrique au moment d’une phase de parking ou stationnement du véhicule automobile 12. Le moteur est éteint.FIGS. 4 and 5 represent the state of charge or “SOC” of the power 20 and energy 22 accumulators as a function of their voltage at zero current or “OCV” as well as the state of the electrical supply circuit at the time of a parking or parking phase of the motor vehicle 12. The engine is off.
Le deuxième B relai est commandé de manière à connecter électriquement l’accumulateur d’énergie 22 audit au moins un organe consommateur 14. Les premier A et troisième C relais sont commandés de manière à déconnecter électriquement l’accumulateur de puissance 20 et le démarreur 16 du reste du circuit d’alimentation électrique 10. Les premier A et troisième C relais sont donc ouverts et le deuxième relai B est fermé.The second B relay is controlled so as to electrically connect the energy accumulator 22 to said at least one consumer member 14. The first A and third C relays are controlled so as to electrically disconnect the power accumulator 20 and the starter 16 from the rest of the power supply circuit 10. The first A and third C relays are therefore open and the second relay B is closed.
L’accumulateur d’énergie 22 assure les courants de l’ordre du milliampère. L’état de charge de l’accumulateur de puissance 20 est préservé au-dessus de celui requis pour assurer l’état de charge requis pour un démarrage à froid (appelée « SOCminDem ») et n’évoluera pas car elle n’alimente pas le véhicule automobile en parking.The energy accumulator 22 provides currents of the order of milliamperes. The state of charge of the power accumulator 20 is preserved above that required to ensure the state of charge required for a cold start (called "SOCminDem") and will not change because it does not supply the motor vehicle in the parking lot.
Si l’état de charge de l’accumulateur d’énergie 22 atteint son minimum « SOCmin STO », alors le deuxième relai B s’ouvre pour préserver l’état de santé de l’accumulateur d’énergie 22, les courants de l’ordre du milliampère ne sont plus assurés. Un mode dégradé permet de fermer le premier relai A à partir des cellules de l’accumulateur de puissance 20 puis de fermer le troisième relai C avec la même source d’énergie et de démarrer.If the state of charge of the energy accumulator 22 reaches its minimum "SOCmin STO", then the second relay B opens to preserve the state of health of the energy accumulator 22, the currents of the order of the milliampere are no longer guaranteed. A degraded mode makes it possible to close the first relay A from the cells of the power accumulator 20 then to close the third relay C with the same source of energy and to start.
L’état de charge ou « SOC » des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 durant la phase de parking est représenté respectivement pour les curseurs 40 et 42 sur la figure 4.The state of charge or “SOC” of the power 20 and energy 22 accumulators during the parking phase is represented respectively for the cursors 40 and 42 in FIG. 4.
Les figures 6 et 7 représentent l’état de charge ou « SOC » des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 en fonction de leur tension à courant nul ou « OCV » ainsi que l’état du circuit d’alimentation électrique au moment d’une phase de démarrage du moteur 11.FIGS. 6 and 7 represent the state of charge or “SOC” of the power 20 and energy 22 accumulators as a function of their voltage at zero current or “OCV” as well as the state of the electric power supply circuit at the moment of an engine starting phase 11.
Pour le démarrage du moteur 11, le premier A relai est commandé de manière à connecter électriquement l’accumulateur de puissance 20 au reste du circuit d’alimentation électrique 10. Le deuxième relai B est commandé de manière à déconnecter électriquement l’accumulateur d’énergie 22 du reste du circuit d’alimentation électrique 10. L’ouverture du deuxième relai B est décalée par rapport à la fermeture du premier relai A avec une temporisation pour éviter tout transfert d’énergie de l’accumulateur de puissance 20 vers l’accumulateur d’énergie 22. Cette temporisation est de préférence inférieure à 1s, de préférence inférieure à 50ms. Le troisième relai C est ensuite commandé de manière à connecter électriquement l’accumulateur de puissance 20 au démarreur 16 pour assurer le lancement en rotation du moteur 11. Le troisième relai C est ouvert après démarrage du moteur 11.To start the motor 11, the first relay A is controlled so as to electrically connect the power accumulator 20 to the rest of the electrical supply circuit 10. The second relay B is controlled so as to electrically disconnect the accumulator from energy 22 from the rest of the power supply circuit 10. The opening of the second relay B is offset from the closing of the first relay A with a time delay to avoid any transfer of energy from the power accumulator 20 to the energy accumulator 22. This delay is preferably less than 1s, preferably less than 50ms. The third relay C is then controlled so as to electrically connect the power accumulator 20 to the starter 16 to ensure the starting in rotation of the motor 11. The third relay C is open after starting the motor 11.
L’état de charge ou « SOC » des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 durant la phase de démarrage est représenté respectivement pour les curseurs 40 et 42 sur la figure 6.The state of charge or “SOC” of the power 20 and energy 22 accumulators during the start-up phase is represented respectively for the cursors 40 and 42 in FIG. 6.
Les figures 8 à 10 représentent l’évolution de l’état de charge pour un démarrage à froid ou « SOCminDem » en fonction de la température, l’état de charge ou « SOC » des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 en fonction de leur tension à courant nul ou « OCV » ainsi que l’état du circuit d’alimentation électrique au moment d’une phase de recharge de l’accumulateur de puissance 20.FIGS. 8 to 10 represent the evolution of the state of charge for a cold start or “SOCminDem” as a function of the temperature, the state of charge or “SOC” of the power 20 and energy 22 accumulators in function of their voltage at zero current or "OCV" as well as the state of the electrical supply circuit at the time of a recharging phase of the power accumulator 20.
Après le démarrage du moteur 11, il est important de régénérer la capabilité de démarrage de l’accumulateur de puissance 20 tout en protégeant l’accumulateur d’énergie 22 d’une surtension.After starting the motor 11, it is important to regenerate the starting capability of the power accumulator 20 while protecting the energy accumulator 22 from an overvoltage.
Le deuxième relai B est commandé pour rester ouvert de manière à déconnecter l’accumulateur d’énergie 22 du reste du circuit d’alimentation électrique 10. La tension de l’alternateur 18 « VALT » est donc ajustée à une valeur haute, i.e. supérieure ou égale à la tension à courant nul ou « OCV » de l’accumulateur de puissance 20, pour alimenter le réseau et en même temps pour recharger l’accumulateur de puissance 20. Lorsque l’état de charge ou « SOC » de l’accumulateur de puissance 20 atteint une valeur prédéterminée d’état de charge pour un démarrage à froid « SOCminDem », la tension alternateur « VALT » est réduite et les courants de charge en seront eux aussi diminués.The second relay B is controlled to remain open so as to disconnect the energy accumulator 22 from the rest of the electrical supply circuit 10. The voltage of the alternator 18 "VALT" is therefore adjusted to a high value, ie greater than or equal to the zero current voltage or "OCV" of the power accumulator 20, to supply the network and at the same time to recharge the power accumulator 20. When the state of charge or "SOC" of the power accumulator 20 reaches a predetermined state of charge value for a cold start “SOCminDem”, the alternator voltage “VALT” is reduced and the charging currents will also be reduced.
La valeur prédéterminée d’état de charge pour un démarrage à froid « SOCminDem » est déterminée en fonction de la température extérieure au véhicule automobile 12. La figure 8 montre une courbe représentant l’évolution de l’état de charge ou « SOC » en fonction de la température de la température de l’accumulateur de puissance 20 permettant de réaliser cette détermination.The predetermined state of charge value for a cold start "SOCminDem" is determined as a function of the temperature outside the motor vehicle 12. FIG. 8 shows a curve representing the evolution of the state of charge or "SOC" in function of the temperature of the temperature of the power accumulator 20 making it possible to carry out this determination.
Le pilotage de la recharge de l’accumulateur de puissance 20 peut être réalisé avec les étapes suivantes. La tension aux bornes de l’alternateur 18 est déterminée. Si la tension aux bornes de l’alternateur 18 est au-dessous d’un seuil de tension prédéterminé de recharge de l’accumulateur de puissance 20, la tension aux bornes de l’alternateur 18 est augmentée. Les deuxième B et troisième C relais sont ensuite commandés de manière à déconnecter électriquement l’accumulateur d’énergie 22 et le démarreur 16 du reste du circuit d’alimentation électrique 10. Le premier relai A est ensuite commandé de manière à connecter électriquement l’accumulateur de puissance 20 à l’alternateur 18.The control of the recharging of the power accumulator 20 can be carried out with the following steps. The voltage across the alternator 18 is determined. If the voltage across the terminals of the alternator 18 is below a predetermined voltage threshold for recharging the power accumulator 20, the voltage across the terminals of the alternator 18 is increased. The second B and third C relays are then controlled so as to electrically disconnect the energy accumulator 22 and the starter 16 from the rest of the electrical supply circuit 10. The first relay A is then controlled so as to electrically connect the power accumulator 20 to the alternator 18.
Les figures 11 et 12 représentent l’état de charge ou « SOC » des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 en fonction de leur tension à courant nul ou « OCV » ainsi que l’état du circuit d’alimentation électrique au moment d’une phase de basculement de la charge de l’accumulateur de puissance 20 vers la charge de l’accumulateur d’énergie 22.FIGS. 11 and 12 represent the state of charge or “SOC” of the power 20 and energy 22 accumulators as a function of their voltage at zero current or “OCV” as well as the state of the electric power supply circuit at the moment a phase of switching from the charge of the power accumulator 20 to the charge of the energy accumulator 22.
Lorsque l’état de charge ou « SOC » de l’accumulateur de puissance 20 est retrouvé, le calculateur 30 entreprend de préférence de recharger l’accumulateur d’énergie 22. Cette recharge permet de s’assurer que l’accumulateur d’énergie 22 est capable d’assurer l’alimentation des courants de l’ordre du milliampère et des « courants off » lors d’une potentielle phase de parking suivante.When the state of charge or "SOC" of the power accumulator 20 is found, the computer 30 preferably undertakes to recharge the energy accumulator 22. This recharge makes it possible to ensure that the energy accumulator 22 is capable of supplying currents of the order of milliamperes and “off currents” during a potential subsequent parking phase.
Il est préférable de contrôler l’accostage ou la convergence des tensions de l’alternateur 18 « VALT », de l’accumulateur de puissance 20 « VLTO » et de l’accumulateur d’énergie 22 « VGRA ». Il est également préférable d’éviter de forts courants d’échange entre les deux accumulateurs ainsi qu’une une charge incontrôlée de l’accumulateur d’énergie 22. Pour cela, la tension de l’alternateur 18 « VALT » est réduite à une valeur située entre la tension de l’accumulateur d’énergie 22 « VGRA » et la tension de l’accumulateur de puissance 20 « VLTO ». Cette réduction est réalisée de préférence selon une pente non sensible pour le conducteur. La tension de l’alternateur 18 peut par exemple être réduite d’une valeur située entre 1 et 2 V/s pour que cette réduction ne soit pas ou peu perceptible par le conducteur.It is preferable to check the docking or the convergence of the voltages of the alternator 18 “VALT”, of the power accumulator 20 “VLTO” and of the energy accumulator 22 “VGRA”. It is also preferable to avoid strong exchange currents between the two accumulators as well as an uncontrolled charging of the energy accumulator 22. For this, the voltage of the alternator 18 "VALT" is reduced to a value situated between the voltage of the energy accumulator 22 “VGRA” and the voltage of the power accumulator 20 “VLTO”. This reduction is preferably carried out according to a slope that is not sensitive to the driver. The voltage of the alternator 18 can for example be reduced by a value situated between 1 and 2 V/s so that this reduction is not or barely perceptible by the driver.
Le deuxième relai B est commandé de manière à connecter électriquement l’accumulateur d’énergie 22 au reste du circuit d’alimentation électrique 20. Ensuite, le premier relai est commandé pour déconnecter électriquement l’accumulateur de puissance 20 du reste du circuit d’alimentation électrique 10. La commande du premier relai A est de préférence réalisée après une temporisation inférieure à 1s, de préférence inférieure à 50ms. La tension de l’alternateur 18 « VALT » gouverne alors les courants de charge de l’accumulateur d’énergie 22.The second relay B is controlled so as to electrically connect the energy accumulator 22 to the rest of the power supply circuit 20. Then, the first relay is controlled to electrically disconnect the power accumulator 20 from the rest of the power supply circuit. power supply 10. The control of the first relay A is preferably carried out after a time delay of less than 1s, preferably less than 50ms. The voltage of the alternator 18 "VALT" then governs the charging currents of the energy accumulator 22.
Les figures 13 et 14 représentent l’état de charge ou « SOC » des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 en fonction de leur tension à courant nul ou « OCV » ainsi que l’état du circuit d’alimentation électrique 10 au moment d’une phase de recharge de l’accumulateur d’énergie 22.FIGS. 13 and 14 represent the state of charge or “SOC” of the power 20 and energy 22 accumulators as a function of their voltage at zero current or “OCV” as well as the state of the electrical supply circuit 10 at the moment of a recharging phase of the energy accumulator 22.
La vitesse de charge l’accumulateur d’énergie 22 est très dépendante de son état de charge ou « SOC » et de sa température. Ces données sont fournies au calculateur 30 par un système de commande (appelée « BMS » pour Battery Management System en anglais) intégré à l’accumulateur d’énergie. Un même système de commande est d’ailleurs présent dans l’accumulateur de puissance 20. La tension de l’alternateur « VALT » est donc pilotée par le calculateur 30 en fonction de l’état de charge ou « SOC » et de la température fournis par le système de commande de l’accumulateur d’énergie 22. La tension de l’alternateur 18 « VALT » est ainsi ajustée pour alimenter les organes consommateurs d’énergie électrique 18 du véhicule automobile 12 et pour également piloter finement le courant de charge l’accumulateur d’énergie 22. Ce pilotage est ainsi réalisé en fonction de lois Icharge = f(T°C; SOC%, VAcc), « Icharge » étant l’intensité du courant de charge de l’accumulateur d’énergie 22, « T°C » étant la température de l’accumulateur d’énergie 22, « SOC% » étant l’état de charge de l’accumulateur d’énergie 22 et « VAcc » étant la tension de l’accumulateur d’énergie 22. Le rechargement de de l’accumulateur d’énergie 22 est de préférence réalisé jusqu’à ce que son état de charge atteigne son maximum, idéalement 100%. Le fait de contrôler le courant de charge directement par la tension de l’alternateur 18 permet de s’affranchir des résistances de câblage et de leur vieillissement unique à chaque véhicule automobile ainsi que de la consommation du véhicule automobile.The speed of charging the energy accumulator 22 is highly dependent on its state of charge or “SOC” and its temperature. These data are supplied to the computer 30 by a control system (called “BMS” for Battery Management System in English) integrated into the energy accumulator. The same control system is also present in the power accumulator 20. The alternator voltage “VALT” is therefore controlled by the computer 30 according to the state of charge or “SOC” and the temperature. supplied by the control system of the energy accumulator 22. The voltage of the alternator 18 "VALT" is thus adjusted to supply the electrical energy consuming components 18 of the motor vehicle 12 and also to finely control the current of charges the energy accumulator 22. This control is thus carried out according to laws Icharge=f(T°C; SOC%, VAcc), “Icharge” being the intensity of the charging current of the energy accumulator 22, "T°C" being the temperature of the energy accumulator 22, "SOC%" being the state of charge of the energy accumulator 22 and "VACc" being the voltage of the energy accumulator. energy 22. The recharging of the energy accumulator 22 is preferably carried out until its state of charge reaches its maximum, ideally 100%. The fact of controlling the charging current directly by the voltage of the alternator 18 makes it possible to overcome the wiring resistances and their aging unique to each motor vehicle as well as the consumption of the motor vehicle.
La figure 15 présente un exemple de lois permettant de déterminer le courant de charge CHA de l’accumulateur d’énergie 22 en fonction de son état de charge et de sa température. Ce courant de charge est défini de manière à limiter les mécanismes de vieillissement accélérés comme le dépôt de lithium à l’anode. Il apparaît que le courant de charge admissible est considérablement réduit lorsque la température de l’accumulateur d’énergie 22 baisse et que l’état de charge augmente. En suivant ces lois, le calculateur 30 peut contrôler la tension de l’alternateur 18 pour que le courant de charge vu par le système de commande de l’accumulateur d’énergie 22 prenne la bonne valeur.FIG. 15 presents an example of laws making it possible to determine the charging current CHA of the energy accumulator 22 according to its state of charge and its temperature. This charging current is defined in such a way as to limit accelerated aging mechanisms such as the deposition of lithium at the anode. It appears that the admissible charging current is considerably reduced when the temperature of the energy accumulator 22 drops and the state of charge increases. By following these laws, the computer 30 can control the voltage of the alternator 18 so that the charging current seen by the control system of the energy accumulator 22 takes on the correct value.
Le pilotage de la recharge de l’accumulateur d’énergie 22 peut être réalisé avec les étapes suivantes. La tension aux bornes de l’alternateur 18 est déterminée. Si la tension aux bornes de l’alternateur 18 est au-dessus d’un seuil de tension prédéterminé de recharge de l’accumulateur d’énergie 22, la tension aux bornes de l’alternateur 18 est réduite. Le deuxième relai B est ensuite commandé de manière à connecter électriquement l’accumulateur d’énergie à l’alternateur 18. Les premier A et troisième C relais sont ensuite commandés de manière à déconnecter électriquement l’accumulateur de puissance 20 du reste du circuit d’alimentation électrique 10.The control of the recharging of the energy accumulator 22 can be carried out with the following steps. The voltage across the alternator 18 is determined. If the voltage across the terminals of the alternator 18 is above a predetermined voltage threshold for recharging the energy accumulator 22, the voltage across the terminals of the alternator 18 is reduced. The second relay B is then controlled so as to electrically connect the energy accumulator to the alternator 18. The first A and third C relays are then controlled so as to electrically disconnect the power accumulator 20 from the rest of the circuit d power supply 10.
Les figures 16 et 17 représentent l’état de charge ou « SOC » des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 en fonction de leur tension à courant nul ou « OCV » ainsi que l’état du circuit d’alimentation électrique 10 au moment d’une phase de basculement de la charge de l’accumulateur d’énergie 22 vers les fonctions micro-hybrides et « start and stop ». Les fonctions micro-hybride correspondent à une récupération d’énergie électrique par l’accumulateur de puissance 20 lors d’un freinage du véhicule automobile 12 et une distribution d’énergie électrique lors d’une accélération du véhicule automobile 12.FIGS. 16 and 17 represent the state of charge or “SOC” of the power 20 and energy 22 accumulators as a function of their voltage at zero current or “OCV” as well as the state of the electrical supply circuit 10 at the moment of a switching phase of the charge of the energy accumulator 22 towards the micro-hybrid and “start and stop” functions. The micro-hybrid functions correspond to a recovery of electrical energy by the power accumulator 20 during braking of the motor vehicle 12 and a distribution of electrical energy during an acceleration of the motor vehicle 12.
Une fois les états de charge « SOC% » des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 sont ajustés à leurs valeurs nominales, les tensions de l’alternateur 18 « VALT », de l’accumulateur de puissance 20 « VLTO » et de l’accumulateur d’énergie 22 « VGRA » sont pilotées pour permettre la reconnexion / déconnexion de chacun des éléments. Pour cela, la tension de l’alternateur 18 « VALT » est remontée pour prendre une valeur intermédiaire entre celles des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22. L’ajustement de la tension de l’alternateur 18 « VALT » est de préférence réalisé selon une pente non sensible pour le conducteur. La tension de l’alternateur 18 peut par exemple être réduite d’une valeur située entre 1 et 2 V/s pour que cette réduction ne soit pas ou peu perceptible par le conducteur.Once the states of charge "SOC%" of the power 20 and energy 22 accumulators are adjusted to their nominal values, the voltages of the alternator 18 "VALT", of the power accumulator 20 "VLTO" and of the energy accumulator 22 “VGRA” are controlled to allow the reconnection/disconnection of each of the elements. For this, the voltage of the alternator 18 "VALT" is increased to take an intermediate value between those of the power 20 and energy accumulators 22. The adjustment of the voltage of the alternator 18 "VALT" is preferably made on a slope that is not sensitive to the driver. The voltage of the alternator 18 can for example be reduced by a value situated between 1 and 2 V/s so that this reduction is not or barely perceptible by the driver.
Le premier relai A est commandé pour connecter électriquement l’accumulateur de puissance 20 au reste du circuit d’alimentation électrique 10. Le deuxième relai B est ensuite commandé pour déconnecter l’accumulateur d’énergie 22 du reste du circuit d’alimentation électrique 10. La commande du deuxième relai B est de préférence réalisée après une temporisation inférieure à 1s, de préférence inférieure à 50ms. Le circuit d’alimentation électrique 10 fonctionne alors uniquement sur l’accumulateur de puissance 20 et peut assurer les fonctions micro hybrides et la fonction « start and stop ».The first relay A is controlled to electrically connect the power accumulator 20 to the rest of the power supply circuit 10. The second relay B is then controlled to disconnect the energy accumulator 22 from the rest of the power supply circuit 10 The control of the second relay B is preferably carried out after a time delay of less than 1s, preferably less than 50ms. The power supply circuit 10 then operates only on the power accumulator 20 and can perform the micro-hybrid functions and the “start and stop” function.
Les figures 18 et 19 représentent l’état de charge ou « SOC » des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 en fonction de leur tension à courant nul ou « OCV » ainsi que l’état du circuit d’alimentation électrique 10 au moment d’une phase d’alimentation des fonctions micro-hybrides et de la fonction « start and stop ». Lors d’un fonctionnement micro-hybride, le circuit d’alimentation électrique 10 est piloté pour que l’accumulateur de puissance 20 récupère de l’énergie électrique générée lors d’un freinage du véhicule automobile 12 et distribue de l’énergie électrique lors d’une accélération du véhicule automobile 12.FIGS. 18 and 19 represent the state of charge or “SOC” of the power 20 and energy 22 accumulators as a function of their voltage at zero current or “OCV” as well as the state of the electrical supply circuit 10 at the moment of a supply phase of the micro-hybrid functions and of the "start and stop" function. During micro-hybrid operation, the electrical supply circuit 10 is controlled so that the power accumulator 20 recovers electrical energy generated during braking of the motor vehicle 12 and distributes electrical energy during an acceleration of the motor vehicle 12.
Pour permettre le fonctionnement des fonctions micro-hybrides, le premier relai A est commandé pour connecter électriquement l’accumulateur de puissance au reste du circuit d’alimentation électrique 10. Le deuxième relai B est commandé pour rester ouvert de manière à déconnecter l’accumulateur d’énergie du reste du circuit d’alimentation électrique 10. Ainsi, seul l’accumulateur de puissance 20 est connecté au circuit d’alimentation de manière à assurer la récupération d’énergie au freinage, correspondant à la tension haute « VALT h », et sa restitution lors des accélérations, correspondant à la tension basse « VALT b ».To allow the operation of the micro-hybrid functions, the first relay A is controlled to electrically connect the power accumulator to the rest of the power supply circuit 10. The second relay B is controlled to remain open so as to disconnect the accumulator energy from the rest of the power supply circuit 10. Thus, only the power accumulator 20 is connected to the power supply circuit so as to ensure energy recovery during braking, corresponding to the high voltage "VALT h" , and its restitution during acceleration, corresponding to the low voltage “VALT b”.
C’est également l’accumulateur de puissance 20 qui assure l’alimentation du véhicule automobile 12 pendant le stop automatique et le redémarrage du moteur 11 lors du déroulement de la fonction « start and stop ».It is also the power accumulator 20 which provides power to the motor vehicle 12 during the automatic stop and the restarting of the engine 11 during the course of the “start and stop” function.
L’association de deux accumulateurs lithium en parallèle pour la réalisation sélective des fonctions du véhicule automobile 12 permet d’obtenir un fonctionnement simple et efficace pour remplacer une batterie au plomb. Grâce à un pilotage approprié des relais existants dans les batteries et de l’ajustement de la tension de régulation de l’alternateur, il devient possible d’utiliser des accumulateurs lithium de tension nominale très différentes ce qui permet d’en ajuster très précisément la taille au juste besoin.The association of two lithium accumulators in parallel for the selective performance of the functions of the motor vehicle 12 makes it possible to obtain a simple and efficient operation for replacing a lead-acid battery. Thanks to appropriate control of the existing relays in the batteries and adjustment of the alternator regulation voltage, it becomes possible to use lithium accumulators with very different nominal voltages, which makes it possible to very precisely adjust the size just as needed.
Tel que représenté à la figure 20, un deuxième mode de réalisation du circuit d’alimentation électrique 10 est proposé. Le circuit d’alimentation électrique 10 de la figure 20 est identique à celui du premier mode de réalisation à la différence qu’un relai de séparation D est ajouté au circuit d’alimentation électrique 10 de façon à pouvoir séparer le circuit d’alimentation électrique en un premier sous-circuit 44 comprenant l’accumulateur de puissance 20, le démarreur 16 et l’alternateur 18 ainsi qu’un deuxième sous-circuit 46 comprenant l’accumulateur d’énergie 22 et les organes consommateurs d’énergie électrique 14. Le relai de séparation D permet ainsi de connecter sélectivement les premier 44 et deuxième 46 sous-circuits entre eux. La déconnexion des premier 44 et deuxième 46 sous-circuits est particulièrement utile lors du redémarrage car les organes consommateurs d’énergie électrique 14 peuvent continuer d’être alimentés par l’accumulateur d’énergie 22 et le circuit d’alimentation électrique 10 ne subit pas de sous-tension lors du pic de puissance. Pour cela, le deuxième relai B est fermé en même temps que le troisième relai C et le relai de séparation D sont ouverts.As shown in Figure 20, a second embodiment of the power supply circuit 10 is proposed. The power supply circuit 10 of FIG. 20 is identical to that of the first embodiment except that a separation relay D is added to the power supply circuit 10 so as to be able to separate the power supply circuit into a first sub-circuit 44 comprising the power accumulator 20, the starter 16 and the alternator 18 as well as a second sub-circuit 46 comprising the energy accumulator 22 and the electrical energy consuming elements 14. The separation relay D thus makes it possible to selectively connect the first 44 and second 46 sub-circuits to each other. The disconnection of the first 44 and second 46 sub-circuits is particularly useful during restarting because the electrical energy consuming members 14 can continue to be powered by the energy accumulator 22 and the electrical power supply circuit 10 does not undergo no undervoltage during peak power. For this, the second relay B is closed at the same time as the third relay C and the separation relay D are open.
Tel que représenté aux figures 21 à 24, un troisième mode de réalisation du circuit d’alimentation électrique 10 est proposé.As shown in Figures 21 to 24, a third embodiment of the power supply circuit 10 is proposed.
Ce deuxième mode de réalisation permet de traiter également le cas d’usage dégradé où le véhicule automobile 12 est indisponible à cause de la température extérieure trop basse. La configuration du circuit d’alimentation électrique 10 permet ici de préchauffer l’accumulateur d’énergie 22 grâce à un organe de chauffage 52. De manière avantageuse, l’organe de chauffage 52 est alimenté par le circuit d’alimentation électrique 10 lui-même. De manière préférée, l’organe de chauffage 52 s’étend au moins partiellement à l’intérieur de l’accumulateur d’énergie 22 pour chauffer directement les cellules de l’accumulateur d’énergie 22.This second embodiment also makes it possible to process the case of degraded use where the motor vehicle 12 is unavailable because of the too low outside temperature. The configuration of the power supply circuit 10 here makes it possible to preheat the energy accumulator 22 by means of a heating device 52. Advantageously, the heating device 52 is powered by the power supply circuit 10 itself. same. Preferably, the heating member 52 extends at least partially inside the energy accumulator 22 to directly heat the cells of the energy accumulator 22.
Le principe consiste à réchauffer l’accumulateur d’énergie 22 en utilisant en priorité l’énergie provenant de l’accumulateur de puissance 20 monté en parallèle. Après démarrage du moteur 11 ou du convertisseur, l’accumulateur d’énergie 22 continue à être chauffée par le réseau. L’avantage de cette configuration selon le troisième mode de réalisation est de pouvoir utiliser un accumulateur construit pour l’énergie, i.e. l’accumulateur d’énergie 22, même dans des conditions de température très froides et en limitant au maximum le temps de latence entre le moment où le conducteur à l’intention d’utiliser son véhicule automobile et le moment où il peut le faire en toute sécurité.The principle consists in heating the energy accumulator 22 by using as a priority the energy coming from the power accumulator 20 connected in parallel. After starting the motor 11 or the converter, the energy accumulator 22 continues to be heated by the network. The advantage of this configuration according to the third embodiment is to be able to use an accumulator built for the energy, ie the energy accumulator 22, even under very cold temperature conditions and by limiting the latency time as much as possible. between the moment when the driver intends to use his motor vehicle and the moment when he can do so in complete safety.
La figure 21 présente l’influence de la température sur l’aptitude d’un accumulateur lithium d’énergie à soutenir un courant de décharge de 1C (pour une batterie de 50Ah, cela représente 50A). Il apparaît que pour des températures basses et un état de charge typique après parking de 75%, l’accumulateur ne peut pas fournir un courant de sécurité pour des températures inférieures à 0°C. Ce courant de sécurité est de l’ordre de 50A pendant 2 à 3 minutes.Figure 21 shows the influence of temperature on the ability of a lithium energy accumulator to sustain a discharge current of 1C (for a 50Ah battery, this represents 50A). It appears that for low temperatures and a typical state of charge after parking of 75%, the accumulator cannot provide a safety current for temperatures below 0°C. This safety current is around 50A for 2 to 3 minutes.
Comme indiqué précédemment, chacun des accumulateurs de puissance 20 et d’énergie 22 est de préférence capable de suppléer la perte de l’un des accumulateurs et de l’alternateur 18 pour des questions de sécurité. Ceci signifie que chaque accumulateur devrait fournir un profil minimum de courant au-dessus d’un certain seuil de tension afin par exemple d’alimenter le freinage ou la direction assistée pendant le temps nécessaire à l’arrêt du véhicule automobile 12 en toute sécurité.As indicated previously, each of the power 20 and energy 22 accumulators is preferably capable of compensating for the loss of one of the accumulators and of the alternator 18 for safety reasons. This means that each accumulator should supply a minimum current profile above a certain voltage threshold in order, for example, to supply the braking or the power steering for the time required to stop the motor vehicle 12 in complete safety.
La puissance d’un accumulateur Lithium est très dépendante de son état de charge et de sa température de sorte que, pour respecter ces exigences, la batterie doit être à une température suffisamment haute et/ou suffisamment chargée. Le cahier des charges d’un véhicule automobile demande usuellement que celui-ci puisse pouvoir démarrer à -30°C. A cette température, il n’est pas possible pour un accumulateur au lithium d’énergie de délivrer le profil de courant demandé pour assurer la sécurité du véhicule. Il est nécessaire de la réchauffer.The power of a Lithium accumulator is very dependent on its state of charge and its temperature so that, to meet these requirements, the battery must be at a sufficiently high temperature and/or sufficiently charged. The specifications for a motor vehicle usually require that it be able to start at -30°C. At this temperature, it is not possible for a lithium energy accumulator to deliver the current profile required to ensure the safety of the vehicle. It needs to be warmed up.
Le troisième mode de réalisation propose de réchauffer l’accumulateur d’énergie 22 en utilisant une séquence faisant appel à de l’énergie électrique provenant de l’accumulateur de puissance 20 puis de l’énergie provenant du réseau.The third embodiment proposes heating the energy accumulator 22 using a sequence calling on electrical energy from the power accumulator 20 then energy from the network.
Le circuit d’alimentation électrique 10 du troisième mode de réalisation est identique à celui du premier mode de réalisation à la différence qu’une branche de chauffage 50 est ajoutée en parallèle de la branche recevant l’accumulateur d’énergie 22. La branche de chauffage 50 comprend un organe de chauffage 52 de l’accumulateur d’énergie 22 et un relai additionnel E d’alimentation sélective de l’organe de chauffage 52. Le troisième relai C n’est pas représenté mais il est présent également dans le circuit d’alimentation électrique 10. Un relai de séparation D peut également être intégré.The power supply circuit 10 of the third embodiment is identical to that of the first embodiment except that a heating branch 50 is added in parallel with the branch receiving the energy accumulator 22. The heating branch heater 50 comprises a heater 52 of the energy accumulator 22 and an additional relay E for selective power supply of the heater 52. The third relay C is not shown but it is also present in the circuit power supply 10. A separation relay D can also be integrated.
En référence aux figure 22 à 24, il est proposé une séquence de commande du circuit d’alimentation 10 selon le troisième mode de réalisation par le calculateur 30.With reference to Figures 22 to 24, a control sequence of the supply circuit 10 according to the third embodiment by the computer 30 is proposed.
La figure 22 représente l’état des premier A et deuxième B relais ainsi que du relai additionnel E lors d’une phase de parking. Les « courants off » qui alimentent le véhicule automobile 12 à l’arrêt sont fournis par l’accumulateur d’énergie 22, préservant ainsi l’état de charge de l’accumulateur de puissance 20 pour le démarrage.Figure 22 shows the state of the first A and second B relays as well as the additional relay E during a parking phase. The "off currents" which supply the motor vehicle 12 when stationary are supplied by the energy accumulator 22, thus preserving the state of charge of the power accumulator 20 for starting.
La figure 23 représente l’état des premier A et deuxième B relais ainsi que du relai additionnel E lors d’un démarrage si l’accumulateur d’énergie 22 a une température supérieure à 0°C. Dans ce cas, l’accumulateur d’énergie 22 est apte à assurer sa fonction de sécurité de sorte que le premier relai A est fermé ce qui permet à l’accumulateur de puissance 20 de mettre en route le moteur 11. Le calculateur 30 ajuste ensuite la tension de l’alternateur 18 de façon à charger au mieux les deux accumulateurs et à alimenter les organes consommateurs d’énergie électrique 18.FIG. 23 represents the state of the first A and second B relays as well as of the additional relay E during start-up if the energy accumulator 22 has a temperature above 0°C. In this case, the energy accumulator 22 is able to ensure its safety function so that the first relay A is closed which allows the power accumulator 20 to start the motor 11. The computer 30 adjusts then the voltage of the alternator 18 so as to best charge the two accumulators and to supply the electrical energy consuming devices 18.
La figure 24 présente l’état des premier A et deuxième B relais ainsi que du relai additionnel E lors d’un démarrage si l’accumulateur d’énergie 22 a une température inférieure à 0°C. Dès que « l’intention de démarrer » du client est connue, par exemple via une pré-programmation faite précédemment ou sur une commande faite via son smartphone ou lors du déverrouillage des portes du véhicule automobile 12, le premier relai A et le relai additionnel E sont fermés. Le deuxième relai B peut éventuellement être ouvert si la différence de tension entre les deux accumulateurs est trop importante. Dans cette configuration des relais, l’accumulateur de puissance 20 alimente l’organe de chauffage 52 permettant ainsi de faire monter la température de l’accumulateur d’énergie 22 pour limiter le temps pendant lequel le véhicule automobile 12 n’est pas totalement opérationnel. On considère que le véhicule automobile est totalement opérationnel dès que la température de l’accumulateur d’énergie est supérieure à 0°C et permet d’assurer un courant de décharge suffisant pour assurer la sécurité.Figure 24 shows the state of the first A and second B relays as well as of the additional relay E during start-up if the energy accumulator 22 has a temperature below 0°C. As soon as the customer's "intention to start" is known, for example via a pre-programming done previously or on a command made via his smartphone or when unlocking the doors of the motor vehicle 12, the first relay A and the additional relay E are closed. The second relay B can possibly be opened if the voltage difference between the two accumulators is too great. In this configuration of the relays, the power accumulator 20 supplies the heating device 52 thus making it possible to raise the temperature of the energy accumulator 22 to limit the time during which the motor vehicle 12 is not fully operational. . It is considered that the motor vehicle is fully operational as soon as the temperature of the energy accumulator is above 0°C and ensures sufficient discharge current to ensure safety.
Avantageusement, l’état de charge de l’accumulateur de puissance 20 est prédéterminé de façon à ce qu’il dispose d’une énergie suffisante permettant le réchauffage de l’accumulateur d’énergie 22 sans altérer sa capacité de démarrage à -30°C. Ainsi, par exemple, si le climat général est chaud, l’état de charge de l’accumulateur de puissance 20 peut être réglé à 70% pour que les fonctions de récupération d’énergie au freinage soient optimums. En effet, l’accumulateur de puissance 20 dispose d’une bonne capacité de charge à cet état de charge. A contrario, si le climat est froid, le calculateur 30 privilégie un état de charge autour de 100% pour l’accumulateur de puissance 20, en mettant la priorité sur le redémarrage du lendemain au détriment de la récupération d’énergie du freinage. Ainsi, l’accumulateur de puissance 20 va disposer de suffisamment d’énergie pour le préchauffage de l’accumulateur d’énergie 22 et le démarrage.Advantageously, the state of charge of the power accumulator 20 is predetermined so that it has sufficient energy allowing the heating of the energy accumulator 22 without altering its starting capacity at -30° vs. Thus, for example, if the general climate is hot, the state of charge of the power accumulator 20 can be adjusted to 70% so that the energy recovery functions during braking are optimum. Indeed, the power accumulator 20 has a good charging capacity at this state of charge. On the other hand, if the climate is cold, the computer 30 favors a state of charge of around 100% for the power accumulator 20, by prioritizing the next day's restart to the detriment of energy recovery from braking. Thus, the power accumulator 20 will have enough energy for the preheating of the energy accumulator 22 and the start.
A titre d’exemple, un accumulateur de 10 Ah qui est dimensionnée pour être suffisamment puissant pour démarrer à -30°C et 70% d’état de charge dispose d’environ 35 Wh disponibles pour un réchauffage. La vitesse de montée en température dépend évidemment de la puissance et de la masse et composition de l’accumulateur d’énergie 22, mais à titre d’exemple, 35Wh suffisent pour augmenter la température de 5 kg d’aluminium d’une trentaine de °C, ce qui permet de réchauffer l’accumulateur d’énergie 22.For example, a 10 Ah battery that is sized to be powerful enough to start at -30°C and 70% state of charge has about 35 Wh available for heating. The rate of rise in temperature obviously depends on the power and the mass and composition of the energy accumulator 22, but by way of example, 35Wh are sufficient to increase the temperature of 5 kg of aluminum by about thirty °C, which makes it possible to heat the energy accumulator 22.
Un exemple de réalisation de l’accumulateur d’énergie 22 est représenté à la figure 25. L’accumulateur d’énergie 22 comprend quatre cellules 54 montées en série les unes par rapport aux autres via des connexions 56 inter-cellules. Comme indiqué précédemment, l’accumulateur d’énergie 22 peut comprendre avantageusement seulement trois cellules 54. Les cellules 54 sont connectées à un terminal positif 60 et à un terminal négatif 62 de l’accumulateur d’énergie via un système de commande 64. Le système de commande 64 comprend également un fusible ainsi qu’un relai (non représentés) correspondant au deuxième relai B décrit précédemment, si celui-ci est intégré à l’accumulateur d’énergie 22.An embodiment of the energy accumulator 22 is shown in Figure 25. The energy accumulator 22 comprises four cells 54 mounted in series with respect to each other via inter-cell connections 56. As indicated previously, the energy accumulator 22 can advantageously comprise only three cells 54. The cells 54 are connected to a positive terminal 60 and to a negative terminal 62 of the energy accumulator via a control system 64. The control system 64 also comprises a fuse as well as a relay (not shown) corresponding to the second relay B described above, if the latter is integrated into the energy accumulator 22.
L’accumulateur d’énergie 22 comprend un boîtier 68 dans lequel sont disposés les cellules 54. Le boîtier 68 est de préférence en matériau isolant thermique, par exemple en matériau plastique. Le boîtier 68 a pour fonction d’assurer l’étanchéité et la protection de l’ensemble des éléments constituant l’accumulateur d’énergie 22.The energy accumulator 22 comprises a casing 68 in which the cells 54 are arranged. The casing 68 is preferably made of thermally insulating material, for example plastic material. The function of the box 68 is to ensure the tightness and protection of all the elements constituting the energy accumulator 22.
L’accumulateur d’énergie 22 comprend en outre un corps 66disposé à l’intérieur du boîtier 68 et autour des cellules 54. Le corps 66 peut être formé de deux pièces coopérant ensemble pour entourer les cellules 54. Le corps 66 est réalisé en matériau conducteur thermique, de préférence en aluminium.The energy accumulator 22 further comprises a body 66 arranged inside the casing 68 and around the cells 54. The body 66 can be formed of two parts cooperating together to surround the cells 54. The body 66 is made of a material thermal conductor, preferably aluminum.
L’organe de chauffage 52 est disposé à l’intérieur du boîtier 68, de préférence au contact du corps 66 pour permettre une bonne diffusion de la chaleur. De manière encore préférée, l’organe de chauffage 52 est disposé à l’intérieur du corps 66. L’organe de chauffage 52 comporte deux plaques 70 formant des plaques chauffant les cellules 54 via le corps 66 par effet joules. Une connectique 72 permet l’alimentation des plaques 70 en énergie électrique. L’organe de chauffage 52 peut comporter au moins une plaque 70. Les plaques 70 peuvent être de toute forme permettant le transfert de chaleur au corps 66.The heater 52 is arranged inside the casing 68, preferably in contact with the body 66 to allow good heat diffusion. Even more preferably, the heating member 52 is arranged inside the body 66. The heating member 52 comprises two plates 70 forming plates heating the cells 54 via the body 66 by Joules effect. A connector 72 allows the plates 70 to be supplied with electrical energy. The heater 52 may comprise at least one plate 70. The plates 70 may be of any shape allowing the transfer of heat to the body 66.
Le corps 66 fixe et protège les cellules 54 et en même temps, traversé par les plaques 70 chauffantes, le corps 66 assure une diffusion rapide de la chaleur produite vers toutes les faces des cellules 54.The body 66 fixes and protects the cells 54 and at the same time, crossed by the heating plates 70, the body 66 ensures rapid diffusion of the heat produced towards all the faces of the cells 54.
Cette isolation est rendue possible car l’accumulateur d’énergie 22 ne délivre pas de courants élevés et, de ce fait, n’a pas besoin d’être refroidie. Ainsi, l’isolation thermique, en limitant fortement la vitesse de refroidissement lorsque le véhicule automobile est garé, permet de ne pas avoir besoin de réchauffer trop rapidement l’accumulateur d’énergie 22, notamment le lendemain d’une utilisation du véhicule automobile. Ainsi, si le véhicule est utilisé quotidiennement où tous les deux jours, toutes les fonctions seront immédiatement disponibles dès le démarrage et cela même par des températures extérieures très basses. Il est également possible d’ajuster la température de l’accumulateur d’énergie 22 en fonction de la température extérieure de façon à encore augmenter le temps de refroidissement. Par une température extérieure au véhicule automobile de -30°C, la température à l’intérieur de l’accumulateur d’énergie 22 peut être ajustée à 40°C alors qu’avec une ambiante de 0°C, la température à l’intérieur de l’accumulateur d’énergie 22 peut être ajustée à 20°C ou 30°C.This isolation is made possible because the energy accumulator 22 does not deliver high currents and, therefore, does not need to be cooled. Thus, the thermal insulation, by greatly limiting the cooling rate when the motor vehicle is parked, makes it possible not to need to heat the energy accumulator 22 too quickly, in particular the day after use of the motor vehicle. Thus, if the vehicle is used daily or every other day, all the functions will be immediately available from start-up, even in very low outside temperatures. It is also possible to adjust the temperature of the energy accumulator 22 according to the outside temperature so as to further increase the cooling time. With a temperature outside the motor vehicle of -30° C., the temperature inside the energy accumulator 22 can be adjusted to 40° C., whereas with an ambient of 0° C., the temperature inside inside the energy accumulator 22 can be adjusted to 20°C or 30°C.
Ce mode de réalisation de l’accumulateur d’énergie 22 permet d’apporter une solution au problème du manque de puissance intrinsèque (en charge et en décharge) des accumulateurs d’énergie au lithium avec une anode en graphite. En effet, le préchauffage de l’accumulateur d’énergie 22 en parallèle et son isolation thermique permet de limiter la période où le véhicule automobile n’est pas pleinement opérationnel. Ce montage en parallèle nous permet également d’exploiter le fait que l’accumulateur d’énergie 22 n’a pas à être refroidi et donc peut être isolé thermiquement, ce qui permet d’augmenter considérablement la disponibilité des fonctions du véhicule automobile 12 même par des températures externes très froides.This embodiment of the energy accumulator 22 makes it possible to provide a solution to the problem of the lack of intrinsic power (in charge and in discharge) of lithium energy accumulators with a graphite anode. Indeed, the preheating of the energy accumulator 22 in parallel and its thermal insulation makes it possible to limit the period when the motor vehicle is not fully operational. This parallel assembly also allows us to exploit the fact that the energy accumulator 22 does not have to be cooled and therefore can be thermally insulated, which makes it possible to considerably increase the availability of the functions of the motor vehicle 12 itself. by very cold outside temperatures.
Claims (10)
au moins un organe consommateur d’énergie électrique (14) ;
un démarreur (16) pour démarrer le moteur (11) ;
un accumulateur de puissance (20) au lithium configuré pour fournir au démarreur (16) une quantité d’énergie électrique permettant le démarrage du moteur (11),
un accumulateur d’énergie (22) au lithium configuré pour alimenter en énergie électrique ledit au moins un organe consommateur d’énergie électrique (14),
dans lequel ledit au moins un organe consommateur d’énergie électrique (14), l’alternateur (18), le démarreur(16), l’accumulateur de puissance (20) et l’accumulateur d’énergie (22) sont reliés électriquement en parallèle les uns par rapport aux autres.Motor vehicle (12) comprising a heat engine (11) and an electrical supply circuit (10) comprising:
at least one electrical energy consuming member (14);
a starter (16) for starting the engine (11);
a lithium power accumulator (20) configured to supply the starter (16) with a quantity of electrical energy enabling the engine (11) to be started,
a lithium energy accumulator (22) configured to supply electrical energy to said at least one electrical energy consuming member (14),
wherein said at least one electrical energy consuming member (14), the alternator (18), the starter (16), the power accumulator (20) and the energy accumulator (22) are electrically connected in parallel with each other.
un organe de chauffage (52) de l’accumulateur d’énergie (22) monté en parallèle par rapport l’accumulateur d’énergie (22), et
un relai additionnel (E) sélectivement actionnable pour connecter électriquement l’organe de chauffage (52) et le reste du circuit d’alimentation électrique (10).Motor vehicle (12) according to any one of the preceding claims, in which the electric power supply circuit (10) further comprises:
a heater (52) of the energy accumulator (22) mounted in parallel with the energy accumulator (22), and
an additional relay (E) selectively actuable to electrically connect the heater (52) and the rest of the electrical supply circuit (10).
lorsque le moteur (11) est éteint en phase de stationnement du véhicule automobile (12), commander les relais de manière à connecter électriquement l’accumulateur d’énergie (22) audit au moins un organe consommateur d’énergie électrique (14) et à déconnecter électriquement l’accumulateur de puissance (20) et le démarreur (16) du reste du circuit d’alimentation (10),
pour le démarrage du moteur (11), commander les relais (A, B, C) de manière à connecter électriquement l’accumulateur de puissance (20) au démarreur (16) et à déconnecter électriquement l’accumulateur d’énergie (22) du reste du circuit d’alimentation (10),
pour la réalisation d’un fonctionnement micro-hybride dans lequel l’accumulateur de puissance (20) récupère de l’énergie électrique lors d’un freinage du véhicule automobile (12) et distribue de l’énergie électrique lors d’une accélération du véhicule automobile (12), commander les relais (B, C) de manière à déconnecter électriquement l’accumulateur d’énergie (22) et le démarreur (16) du reste du circuit d’alimentation (10) et commander les relais (A) de manière à connecter électriquement l’alternateur (18) à l’accumulateur de puissance (20).A method of controlling an electrical supply circuit (10) for a motor vehicle (12) according to any one of the preceding claims in combination with claim 6, the electrical supply circuit (10) further comprising an alternator (18) for generating electric power from the engine (11), the alternator (18) being mounted on a branch parallel to the other branches of the power supply circuit (10), comprising at least one of the following steps:
when the engine (11) is off during the parking phase of the motor vehicle (12), control the relays so as to electrically connect the energy accumulator (22) to said at least one electrical energy consuming member (14) and electrically disconnecting the power accumulator (20) and the starter (16) from the rest of the supply circuit (10),
to start the engine (11), control the relays (A, B, C) so as to electrically connect the power accumulator (20) to the starter (16) and to electrically disconnect the energy accumulator (22) the rest of the supply circuit (10),
for carrying out a micro-hybrid operation in which the power accumulator (20) recovers electrical energy during braking of the motor vehicle (12) and distributes electrical energy during acceleration of the motor vehicle (12), control the relays (B, C) so as to electrically disconnect the energy accumulator (22) and the starter (16) from the rest of the supply circuit (10) and control the relays (A ) so as to electrically connect the alternator (18) to the power accumulator (20).
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