EP2084803A2 - Procede d'initialisation d'un element de stockage d'energie - Google Patents

Procede d'initialisation d'un element de stockage d'energie

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Publication number
EP2084803A2
EP2084803A2 EP07858573A EP07858573A EP2084803A2 EP 2084803 A2 EP2084803 A2 EP 2084803A2 EP 07858573 A EP07858573 A EP 07858573A EP 07858573 A EP07858573 A EP 07858573A EP 2084803 A2 EP2084803 A2 EP 2084803A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
engine
energy
cycles
supercapacities
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07858573A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Eric Condemine
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
Publication of EP2084803A2 publication Critical patent/EP2084803A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/40—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to vehicles equipped with a heat engine and at least one electric machine, at least a portion of the energy is provided by an energy storage element comprising at least one supercapacity, said machine electric can provide a torque participating in the training of the vehicle, especially during the start-up phase or restart.
  • the - or sometimes the - electric machine of the vehicle is obviously a large energy consumer that it is important to produce and store when the vehicle only works or at least essentially thanks to the engine.
  • the storage of electrical energy is obtained by means of one or more batteries, recharged by a generator driven by the engine. It is also known to store the kinetic energy of the vehicle by means of supercapacities. Reference is made in particular to United States patent US5318142 which proposes the use of supercapacities type storage means by combining in hybrid vehicles. It can also be referred to patent FR2842144 which describes such storage of the kinetic energy of the vehicle by means of supercapacity, and the reuse of stored energy to provide power to the wheels especially when the speed of the vehicle is stabilized and the engine stopped.
  • the supercapacities are delivered uncharged, with a conductive wire between the positive terminal and the negative terminal.
  • the first use of supercapacities that can be done only after the first start of the engine at the end of the production line.
  • the subsidiary question is that of the first cycles of operation, cycles that eliminate impurities to optimize the service life.
  • the invention aims a supercapacities cycling strategy compatible both with the procedures at the end of assembly line of motor vehicles and with the specifications of builders of supercapacities.
  • this objective is achieved by a method of initialization of an energy storage element comprising at least one supercapacity, said element being intended to supply energy to an electrical machine embedded in a vehicle equipped otherwise with a combustion engine, characterized by mounting in the vehicle uncharged, non-cycled supercapacities and the control, via the engine control of the vehicle, a plurality of loading / unloading cycles is controlled by an on-board computer of the vehicle from the first start of the engine.
  • the onboard computer is the one used for the control of the engine, ie a calculator in any case already available.
  • the initialization process is continued beyond the sale of the vehicle, during a "break-in" period, during which cycling is continued, in less drastic conditions. to ensure the restart of the vehicle, but nevertheless such that the maximum service life of the energy storage element can be ensured. Note that if the vehicle is immobilized for an exceptionally long period, for example beyond a few weeks, the engine control may trigger such a learning phase again.
  • the output of the latter mode ensures operation supercapacities in the best conditions to achieve the lifetime specified in the manufacturer's specifications.
  • the strategy hosted by an onboard computer is activated for the first time during the first power on of the vehicle.
  • a first diagnosis is to verify that the connection supercapacities / electrical machine is correct. After the start-up phase of the vehicle on the on-board network battery, cycling can begin. The strategy gives a profile voltage / current for the first load of the supercapacity according to the supplier recommendations.
  • the charging cycle is illustrated in Figure 1 for which there is shown as a function of the number of loading / unloading cycles already performed, the voltage setpoint (step function) and the setpoint current (curvilinear function).
  • the alternator is in a state corresponding to a maximum flow rate.
  • the concept of staircase for the voltage setpoint makes it possible to gradually load the supercapacity.
  • the current setpoint progressively changes to a maximum voltage threshold T max. After this point the current setpoint drops to reach a low asymptotic current.
  • Each charge is followed by a discharge step supercapacities, with the alternator cut. During this discharge step, no voltage setpoint is emitted. Supercapacities are discharged according to consumers connected to its network. A threshold voltage limit Tmin allows the change of mode to go back on a charge cycle.
  • this sequence will be reproduced a maximum of times. As soon as the key has been cut, which means that the vehicle is parked, no action will be required.
  • the strategy retrieves the state of charge information supercapacities. Depending on this information, different cases arise:
  • the second source of energy gives the energy necessary for the starting electric machine and / or the second energy source recharges the first to ensure the restart function of the vehicle.
  • the strategy can promote the cycles of charges / discharges so as to continue a "learning" supercapacities up to a kilometer threshold (a hundred for example) before moving into a phase that would the current use of the vehicle and optimize this time the consumption / pollution of the vehicle. From the sale, the discharges are made only under the condition to allow in all cases a restart of the vehicle.

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé d'initialisation d'un élément de stockage d'énergie comportant au moins une supercapacité, ledit élément étant destiné à fournir de l'énergie à une machine électrique embarquée dans un véhicule équipé d'autre par ailleurs d'un moteur thermique. Selon l'invention, les supercapacités sont montées dans le véhicule non chargées, non cyclées et via un calculateur embarqué du véhicule, il est procédé à la commande d'une pluralité de cycles de chargement/déchargement à partir de la première mise en route du moteur thermique.

Description

Procédé d'initialisation d'un élément de stockage d'énergie
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française 0654497 déposée le 25/10/2006 dont le contenu (description, revendications et dessins) est incorporé ici par référence.
[0002] La présente invention concerne les véhicules équipés d'un moteur thermique et d'au moins une machine électrique dont au moins une partie de l'énergie est fournie par un élément de stockage d'énergie comportant au moins une supercapacité, ladite machine électrique pouvant fournir un couple participant à l'entrainement du véhicule, notamment lors de phase de démarrage ou de redémarrage.
[0003] Pour réduire les consommations et les émissions de polluants des véhicules automobiles, les constructeurs proposent de plus en plus de coupler le moteur thermique avec une machine électrique. Sur les véhicules dits hybrides, cette machine électrique est susceptible d'assister ou de suppléer le moteur thermique dans toutes ses phases de fonctionnement. Sur les véhicules équipés d'une fonction dite « stop and start » ou encore « stop and go », pour reprendre la terminologie anglo-saxonne, la machine électrique permet d'arrêter automatiquement le moteur dans toute phase d'utilisation du véhicule où son fonctionnement n'est pas nécessaire (arrêt à un feu d'intersection par exemple), et de le redémarrer dès que le conducteur marque sa volonté de faire repartir son véhicule en enfonçant la pédale d'accélérateur.
[0004] La - ou parfois les - machine électrique du véhicule est à l'évidence une grande consommatrice d'énergie qu'il est important de produire et de stocker lorsque le véhicule fonctionne uniquement ou du moins essentiellement grâce au moteur thermique. De façon générale, le stockage de l'énergie électrique est obtenu au moyen d'une ou de plusieurs batteries, rechargées par une génératrice entrainée par le moteur thermique. Il est aussi connu de stocker l'énergie cinétique du véhicule au moyen de supercapacités. [0005] Référence est faite notamment au brevet étatsunien US5318142 qui propose l'usage de moyens de stockage de type supercapacités en associant dans des véhicules hybrides. Il peut également être renvoyé au brevet FR2842144 qui décrit un tel stockage de l'énergie cinétique du véhicule au moyen de supercapacité, et la réutilisation de l'énergie stockée pour fournir de la puissance aux roues en particulier lorsque la vitesse du véhicule est stabilisée et le moteur thermique arrêté. Il doit être par ailleurs souligné que le terme de supercapacité, ou « supercapacitor » en anglais, est parfois remplacé par des expressions françaises ou anglophones telles que « ultracapacitor », capacité à double couche électrique ou capacité électrochimique. Le lecteur trouvera également dans de nombreuses publications des exemples de méthodes de fabrication de telles supercapacités (voir par exemple US20050128684).
[0006] Pour des raisons de sécurité, les supercapacités sont livrées non chargées, avec un fil conducteur entre la borne positive et la borne négative. Il se pose donc la question de la première utilisation des supercapacités qui ne peut se faire qu'après le premier démarrage du moteur thermique, en bout de chaine de fabrication. Au-delà de la toute première utilisation, la question subsidiaire est celle des premiers cycles de fonctionnement, cycles qui permettent d'éliminer des impuretés pour optimiser la durée de vie.
[0007] L'invention a pour but une stratégie de cyclage des supercapacités compatible à la fois avec les procédures en bout de chaine de montage des véhicules automobiles et avec les cahiers des charges des constructeurs de supercapacités.
[0008] Elle doit tenir compte du circuit de roulage du véhicule en sortie de ligne de manière à optimiser le cyclage et de la phase de stationnement prolongé lors du stockage du véhicule jusqu'à sa vente. Cette stratégie d'apprentissage peut se poursuivre lors des premiers kilomètres réalisés par l'acquéreur du véhicule.
[0009] Selon l'invention, cet objectif est atteint par un procédé d'initialisation d'un élément de stockage d'énergie comportant au moins une supercapacité, ledit élément étant destiné à fournir de l'énergie à une machine électrique embarquée dans un véhicule équipé d'autre par ailleurs d'un moteur thermique, caractérisé par le montage dans le véhicule de supercapacités non chargées, non cyclées et la commande, via le contrôle moteur du véhicule, d'une pluralité de cycles de chargement/déchargement est commandée par un calculateur embarqué du véhicule à partir de la première mise en route du moteur thermique.
[0010] Selon une caractéristique préférée de l'invention, le calculateur embarqué est celui utilisé pour le contrôle du moteur thermique, autrement dit un calculateur en tout état de cause déjà disponible.
[0011] Dans une variante plus particulièrement préférée de l'invention, le processus d'initialisation est poursuivi au-delà de la vente du véhicule, pendant une période de « rodage », pendant laquelle le cyclage est poursuivi, dans des conditions moins drastiques pour assurer le redémarrage du véhicule, mais néanmoins telles que la durée de vie maximale de l'élément de stockage de l'énergie peut être assuré. A noter que si le véhicule est immobilisé pendant une période exceptionnellement longue, par exemple au-delà de quelques semaines, le contrôle moteur pourra déclencher à nouveau une telle phase d'apprentissage.
[0012] L'application de cette stratégie correspond à 2 phases de vie véhicule que l'on peut appeler :
• Phase 1 : post usine : « initialisation stockeur »
• Phase 2 : post vente : « apprentissage stockeur »
[0013] La sortie de ce dernier mode assure un fonctionnement des supercapacités dans les meilleures conditions pour atteindre la durée de vie spécifiée dans le cahier des charges constructeur.
[0014] La stratégie hébergée par un calculateur embarquée est activée pour la première fois lors de la première mise sous tension du véhicule.
[0015] Un premier diagnostic consiste à vérifier que le branchement supercapacités / machine électrique est correct. Après la phase de démarrage du véhicule sur la batterie de réseau de bord, le cyclage peut commencer. La stratégie donne un profil de tension / courant pour la première charge de la supercapacité en fonction des préconisations fournisseurs.
[0016] Le cycle de charge est illustré à la figure 1 pour laquelle on a représenté en fonction du nombre de cycles de chargement/déchargement déjà réalisés, la consigne de tension (fonction en escalier) et le courant de consigne (fonction curviligne).
[0017] Lors d'une charge, l'alternateur est dans un état correspondant à un débit max. La notion d'escalier pour la consigne de tension permet de charger progressivement la supercapacité. En même temps la consigne de courant évolue progressivement jusqu'à un seuil de tension max Tmax. Après ce point la consigne de courant chute pour atteindre un courant asymptotique faible.
[0018] Chaque charge est suivie d'une étape de décharge des supercapacités, avec l'alternateur coupé. Lors de cette étape de décharge, aucune consigne de tension n'est émise. Les supercapacités se déchargent en fonction des consommateurs branchés sur son réseau. Un seuil limite de tension Tmin autorise le changement de mode pour repasser sur un cycle de charge.
[0019] Suivant le parcours du véhicule en sortie d'usine, cet enchaînement sera reproduit un maximum de fois. Dès la coupure de clef effectuée synonyme de mise en mode parking du véhicule, aucune action ne sera demandée.
[0020] Phase de redémarrage du véhicule après stationnement prolongé :
[0021] A la remise du contact, la stratégie récupère l'information état de charge des supercapacités. En fonction de cette information, différents cas se présentent :
a) Soit les supercapacités ont gardées un état de charge suffisant pour démarrer le véhicule, et alors l'énergie stockée par ces supercapacités est utilisée par priorité (même si le véhicule est équipé par ailleurs d'un autre moyen de stockage de l'énergie comme une batterie conventionnelle). b) Soit les supercapacités n'ont plus assez d'énergie pour démarrer le véhicule :
[0022] Dans ce dernier cas, si les supercapacités sont la seule source d'énergie embarquée, une source extérieure d'énergie devra être utilisée pour démarrer le véhicule.
a) Si le véhicule dispose d'au moins 2 sources d'énergie : La deuxième source d'énergie donne l'énergie nécessaire à la machine électrique de démarrage et/ou la deuxième source d'énergie recharge la première pour assurer la fonction redémarrage du véhicule.
[0023] Phase de redémarrage client :
[0024] Lors de la vente véhicule, la stratégie peut favoriser les cycles de charges / décharges de manière à continuer un « apprentissage » des supercapacités jusqu'à un seuil de kilomètre (une centaine par exemple) avant de passer dans une phase qui serait l'utilisation courante du véhicule et optimiserait cette fois la consommation / pollution du véhicule. A partir de la vente, les décharges ne sont effectuées que sous la condition de permettre dans tous les cas de figures un redémarrage du véhicule.
[0025] Les avantages de cette invention sont les suivants :
o Optimiser la durée de vie du stockeur en respectant des cycles de charges / décharges liés aux caractéristiques intrinsèque des supercapacités
o Assurer la sécurité de l'environnement lors du stockage des éléments
o Assurer l'aspect sécurité électrique durant la phase de montage sur véhicule
o Facilité de mise en œuvre : hébergement de logiciel définissant la loi de commande dans le calculateur embarqué (type contrôle moteur)

Claims

Revendications
1. Procédé d'initialisation d'un élément de stockage d'énergie comportant au moins une supercapacité, ledit élément étant destiné à fournir de l'énergie à une machine électrique embarquée dans un véhicule équipé d'autre par ailleurs d'un moteur thermique, caractérisé par le montage dans le véhicule de supercapacités non chargées, non cyclées et la commande, via un calculateur embarqué du véhicule, d'une pluralité de cycles de chargement/déchargement à partir de la première mise en route du moteur thermique.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit calculateur embarqué est le calculateur de contrôle du moteur thermique.
3. Procédé l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tension de consigne et la consigne de courant appliquées sur les premiers cycles de charge sont croissantes.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lorsque la tension de consigne appliquée atteint après un certain nombre de cycles une tension seuil Tmax, la consigne de courant est ramenée à un courant asymptotique faible mais non nul.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de chaque cycle, la décharge est obtenue par l'usage de consommateurs électriques branchés sur le réseau de la supercapacité, et est stoppée lorsque la tension est inférieure à un seuil Tmin.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce lors de la phase de cyclage, le redémarrage du véhicule est effectué en priorité en utilisant l'énergie stockée par les supercapacités.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une phase d'apprentissage postérieure à la vente du véhicule.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la phase d'apprentissage est réitérée si le véhicule est immobilisé pendant une longue période.
EP07858573A 2006-10-25 2007-10-15 Procede d'initialisation d'un element de stockage d'energie Withdrawn EP2084803A2 (fr)

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