EP2396189A1 - Dispositif et procédé de gestion du niveau de charge électrique lors de la mise en charge d'une source de stockage électrochimique embarquée dans un véhicule - Google Patents

Dispositif et procédé de gestion du niveau de charge électrique lors de la mise en charge d'une source de stockage électrochimique embarquée dans un véhicule

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Publication number
EP2396189A1
EP2396189A1 EP10708317A EP10708317A EP2396189A1 EP 2396189 A1 EP2396189 A1 EP 2396189A1 EP 10708317 A EP10708317 A EP 10708317A EP 10708317 A EP10708317 A EP 10708317A EP 2396189 A1 EP2396189 A1 EP 2396189A1
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EP
European Patent Office
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vehicle
electrochemical storage
charge
bat
storage source
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10708317A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Denis Porcellato
Frédéric LARGE
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for optimized management of the electric charge level during the charging of an on-vehicle electrochemical storage source.
  • the invention is applicable to any electric traction vehicle requiring the connection of the electrochemical storage source to an external electrical power supply member by means of an appropriate adapter to recharge it. It applies in particular to electric vehicles and hybrid plug-in hybrid-type vehicles known as Plug-in Hybrid.
  • electrochemical storage source means all types of batteries, in particular lithium-ion (Li-ion), nickel-metal hydride (NiMH), nickel-zinc (Ni-Zn) batteries. ), etc., as well as organs of the type known as the "super-capacitor".
  • the term “battery” will be used to simplify the description.
  • a battery is a component costly which must be dimensioned as accurately as possible according to the specifications of the vehicle to minimize the impact of its cost, a key criterion in the successful launch of the market of Hybrid and Electric vehicles.
  • the two main parameters that affect the life of a battery are the state of charge and the temperature of the battery. For example, the lower the storage temperature of a battery or use, the longer its life. Similarly, the lower the state of charge of storage or use, the longer the service life. Therefore, to improve the lifespan of an electric drivetrain vehicle:
  • the temperature of storage or use of the battery must be kept as low as possible, for example by providing an efficient ventilation or air-conditioning system.
  • This operating mode consists of the user himself grasping, via a multifunction display member and a data input member (keyboard, etc.), present on certain vehicles of modern design, the autonomy of the vehicle (or the state of charge of the battery) that it wishes for the course (s) of the vehicle which will have to be made (s) after recharging.
  • This operation is therefore a voluntary act on the part of the user, which can be considered as a binding operation by the latter.
  • A1 (LG CHEM LTD) illustrates an apparatus and method for estimating the state of charge of a battery implementing a neural network and an iterative learning algorithm using the following measured parameters: the current delivered by the battery , its voltage and temperature.
  • This patent application therefore teaches a method for obtaining, at any time and with great precision, the state of charge of the battery on board a vehicle, but it does not meet the needs that are felt for the intended applications. by the invention. Indeed, this patent application does not pose the problem of optimizing the repetitive charge levels of the battery to improve the behavior over time and maintain high performance in terms of stored electrical power and power available.
  • the invention aims to overcome the disadvantages of the devices and methods of the prior art, some of which have just been recalled.
  • the object of the invention is to provide a device and a method for optimized management of the electric charge level when charging an on-vehicle electrochemical storage source via an external power supply device. electric energy.
  • the provisions of the invention make it possible to obtain an optimized state of charge when said source is recharged after the vehicle has been put into "parking mode", so as to reduce its aging.
  • one of the computers that is provided with the vehicle sends a message proposing to the user to perform a load allowing an autonomy (or a state of charge) estimated just necessary by this calculator to cover the energy requirement of the next course from a learning process of the user's driving habits.
  • the computer can be advantageously constituted by a member commonly called “traction chain supervisor", controlling the electric motor, in the case of an all-electric vehicle, or the hybrid traction chain in the case of a "Plug-in Hybrid" vehicle.
  • This computer informs the user through a display device, for example a multifunction screen generally present on recently designed vehicles, or any other appropriate communication device.
  • Two main hypotheses can be considered:
  • the "BSI” is coupled to an on-board navigation system equipped with a satellite geolocation device of the "GPS” type (for "Global Positioning System”).
  • GPS Global Positioning System
  • Other systems are naturally usable.
  • the European “GALILEO” system can be used instead of the "GPS” system.
  • the device according to the invention comprises learning means storing in memory means, for example in a file regularly updated as and when measurements are made by the vehicle, data relating to the usual parking positions of that vehicle.
  • the device according to the invention finally comprises learning means for recording profiles characterizing the usual uses of the vehicle, at least for certain periods. This may be, for example, a period corresponding to the regular trips back and forth "home-work" of the user. Naturally, several particular profiles can be saved and updated as needed.
  • the electric or hybrid power train supervisor proposes to the user, by transmitting a message on a multifunction display, a calculated range value or charge state to optimize the level of power. state of charge of the battery, so as to minimize the impact of aging, naturally by taking the electrical energy required to cover the energy requirement for a foreseeable use of the vehicle after the load.
  • This energy requirement is obtained by acquiring data characterizing the usual uses of the vehicle by using a learning algorithm and data characterizing the locations (geographical coordinates) of the usual charging locations using a geolocation device. GPS type, and combining these two sets of data.
  • the vehicle battery can be connected to a standard electrical power supply network (for example 220 V AC), via an on-board charger, to a fast charging terminal providing electrical energy.
  • a standard electrical power supply network for example 220 V AC
  • DC voltage or any appropriate electrical power supply device.
  • the chain supervisor traction displays the setpoint proposed to the user on the multifunction screen and the charge of the battery is triggered to reach this setpoint, if the latter has acknowledged it, or to reach a setpoint entered by the user if it is different or, by default, full charge, if the user does not respond to the displayed prompt, for example after a predetermined time interval elapses. If the user enters a new setpoint, it can be entered using a keyboard or similar device.
  • the user at any time, even during charging, the user retains the possibility of modifying the desired autonomy, which value is transformed into a breaking load state by the traction chain supervisor. To do this, the user enters, as before, a new setpoint using a keyboard or similar body.
  • a Li-ion battery according to its dimensioning can typically provide the electrical energy necessary to a range of 100 to 200 km to an all-electric vehicle.
  • daily journeys are generally less than 50 km.
  • a statistical study shows that more than 80% of urban trips are made at an average speed of 20 km / hour over an average daily distance of 8 km per day.
  • the charge order is generated by a module for measuring the state of charge of the battery constituted by an electronic management computer thereof, generally called "BMS".
  • BMS electronic management computer
  • the invention makes it possible to maintain its dynamic performance and its autonomy throughout the life of the vehicle at its best level;
  • the invention makes it possible to maintain very high dynamic performance and a low level of fuel consumption throughout the life of the vehicle when it operates in "Hybrid” mode ", And very high dynamic performance and long life throughout the life of the vehicle when operating in all-electric mode.
  • the invention therefore allows a smaller over-size of the battery, while allowing the vehicle to meet the specifications for which it was designed throughout its lifetime, typically between 10 and 15 years.
  • This advantageous characteristic has a direct impact on the cost of the battery, and hence the vehicle, because the contribution of the cost of the battery to the overall cost is far from negligible for the applications targeted by the invention: electric vehicles and Plug-in Hybrid type requiring high capacity batteries.
  • the main object of the invention is therefore a device for managing the state of charge of an electrochemical storage source on board a vehicle comprising at least one electric motor constituting a traction chain, means for geolocation of the instantaneous position of the vehicle.
  • vehicle means for measuring the state of charge of the electrochemical storage source and connection means to an external electrical power supply member for recharging the electrochemical storage source, characterized in that it comprises first computation means coupled to the geolocation means, for acquiring the geographical coordinates of so-called final locations in which the vehicle is put in said parking mode and the electrochemical storage source is loaded, second computing means generating data of consumption of electrical energy of the vehicle during successive journeys in so-called rolling mode, first learning means storing in a first memory means data series representing final location coordinates satisfying predetermined criteria, second learning means for storing in second memory means second data series representing the journeys made by the vehicle in said rolling mode and the electrical energy consumption associated with these paths, so as to generate characteristic operating profiles of the vehicle for predetermined periods of time, third computing means combining the first and second series data
  • the invention further relates to a device comprising means for displaying the minimum charge rate value, data entry means, so that a user of the vehicle can enter data meaning the acceptance of data.
  • this minimum charge rate value or data representing a distinct charge rate value and means for transmitting this data to the control means of the connection means to the external electrical power supply member for charging the source electrochemical storage at a value corresponding to the calculated minimum charge rate or charge rate entered by the user.
  • the invention also relates to a device in which the display means comprise a multifunction display screen and the data input means comprise a keyboard.
  • the invention also relates to a device in which the first memory means comprise a database comprising a table with two sets of inputs, a first series of entries representing the geographical coordinates of the final locations reached by the vehicle (VH ) in which the vehicle is put in so-called parking mode and the electrochemical storage source is loaded and a second set of inputs representing the vehicle stopping times at the final locations and means (38) for updating this table.
  • Another subject of the invention is a device in which the means for geolocating the instantaneous position of the vehicle comprise a system for acquiring geographical coordinates of the so-called GPS type and in which the second learning means store data characterizing regular paths of the vehicle said routines and the consumption of electrical energy associated with these paths, the data being determined from geographical coordinates acquired during the trips.
  • Another subject of the invention is a device in which the means for geolocation of the instantaneous position of the vehicle comprise a navigation system and in which the second learning means store data representing exceptional paths of the vehicle and the consumption of electrical energy. associated with these paths, the data being determined from planned path data in the navigation system.
  • the invention also relates to the vehicle comprising traction chain control means, a device comprising a computer called "traction chain supervisor” and wherein the computer integrates the first to third calculation means.
  • traction chain supervisor a device comprising a computer called "traction chain supervisor” and wherein the computer integrates the first to third calculation means.
  • Another subject of the invention is a device in which the vehicle comprises a calculator called "Intelligent Service Box” and in which this computer integrates the first to third calculation means.
  • the invention also relates to a device in which the vehicle is a so-called all-electric type of vehicle whose traction chain comprises at least one electric motor.
  • the invention also relates to a device in which the vehicle is a hybrid vehicle of the type called "Plug-in Hybrid" whose traction chain comprises at least one electric motor and a heat engine.
  • the invention further relates to a device in which the external electrical power supply member for recharging the electrochemical storage source is a fast charging terminal providing a DC voltage for charging the electrochemical storage source at the predetermined charge rate. .
  • the invention also relates to a device in which the external electrical power supply member for recharging the electrochemical storage source is a domestic network supplying an alternating voltage, the vehicle comprising an on-board charger of the storage source. electrochemical device for connection to the home network for charging the electrochemical storage source at the predetermined charge rate.
  • the invention also relates to a device in which the electrochemical storage source is a battery (BAT) of the lithium-ion, nickel-zinc or nickel-metal hydride type.
  • BAT battery of the lithium-ion, nickel-zinc or nickel-metal hydride type.
  • the subject of the invention is also a method for managing the state of charge of an electrochemical storage source on board a vehicle implementing this device, the vehicle comprising at least one electric motor constituting a traction chain, means geolocation of the instantaneous position of the vehicle, means for measuring the state of charge of the electrochemical storage source and connection means to an external electrical power supply member for recharging the electrochemical storage source, the method comprising a first calculation step for acquiring geographical coordinates of so-called final locations in which the electrochemical storage source is loaded, a second calculation step for generating data of electrical energy consumption of the vehicle during successive trips in so-called rolling mode, a first learning step for the stock ge of data series representing final location coordinates meeting predetermined criteria in first memory means, a second learning step for storing second series of data representing journeys made by the vehicle in said rolling mode and the consumption of electrical energy associated with these paths in second memory means, so as to generate characteristic operating profiles of the vehicle during predetermined periods of time, a third calculation step during which the first and second data series are combined to determine, when
  • the invention also relates to a method comprising a step of displaying the minimum load rate on display means and an optional step of validation or refusal by a user of the vehicle of the displayed load ratio followed by a step of transmitting to the means for connecting the external electrical power supply member of a charge command of the electrochemical storage source to a predetermined charge rate value.
  • the invention also relates to a method in which, when the user validates the displayed minimum load rate value, the order transmitted to the connection means to the external electrical power supply member causes the load of the electrochemical storage source up to the minimum charge rate value determined in the third calculation step.
  • the subject of the invention is also a method which, when the user refuses the displayed minimum load rate value, comprises an additional step of inputting a particular charge rate value by the user and the order transmitted to the means. connection to the external electrical power supply member causes charging of the electrochemical storage source to the particular charge rate value entered by the user.
  • Another subject of the invention is a method in which the input step consists in the user directly entering a particular charge rate value using a keyboard, a remote control or a system. speech recognition.
  • the subject of the invention is also a method in which the input step consists in the user grasping a particular value of desired autonomy for the vehicle and which comprises an additional step of converting this autonomy value into a rate. charge.
  • the subject of the invention is also a method comprising a step of displaying a list of distinct calculated minimum charge rate values on specific areas of a touch screen and in that the input stage consists, for the user, to point to one of the display areas a particular charge rate value
  • the invention also relates to a method which, in the absence of validation or refusal by the user for a predetermined period of time after displaying the calculated minimum load ratio, comprises a step of transmission to the means. connecting the external electrical power supply member of a charge command to a charge rate value of 100% causing a full charge of the electrochemical storage source.
  • the invention also relates to a method comprising, at any time of the charging step of the electrochemical storage source, a first additional step of user input of a modified charge rate and a second additional step of transmission of this modified rate to the connection means to the external electrical power supply member of a charge order of the electrochemical storage source so that it is charged up to the value of the charging rate. modified load.
  • the invention further relates to a method in which the first learning step comprises storing data series representing final location coordinates in which the vehicle is most often put in parking mode and the electrochemical storage source is put supported in a database comprising a table with two sets of matched entries, a first set of entries representing the geographical coordinates of the final locations and a second set of entries representing the vehicle stopping times associated with the final locations .
  • the subject of the invention is also a method in which the learning step comprises substeps for updating the series of entries stored in the table when the vehicle reaches a final location of putting into parking mode: if the geographical coordinates of the final location are present in the table, an update of the stopping time associated with these coordinates is performed according to a predetermined calculation mode: the new time spent at the final location is added to the time spent previously stored, or the previously stored downtime and the new downtime are compared and the maximum downtime at the final location is retained, or the calculation of the average value of the downtime spent previously stored and new downtime is performed and the average value of downtime is retained; if the geographical coordinates of the final location are not present in the table, a new pair of entries representing, respectively, these coordinates and the stop time at the location is added in the table.
  • the invention also relates to a method in which, in the first learning step, the two sets of matched entries are classified by stopping time values at the final locations.
  • Another subject of the invention is a method in which the first learning step comprises determining the potential locations of parking mode of the vehicle obtained by scanning the series of matched entries of the table and retaining n geographical coordinates of locations. endpoints associated with the longest downtimes stored in the table, where n is a predefined number.
  • Another subject of the invention is a method in which the first learning step comprises determining potential locations for parking the vehicle obtained by scanning the series of matched entries of the table and retaining the geographical coordinates of locations. endings for which the associated downtime is greater than a predefined duration m.
  • the subject of the invention is also a method in which, the vehicle comprising a GPS-type geographic coordinate acquisition system, the second learning step comprises the recording of data characterizing regular paths of the so-called routine vehicle. the consumption of electrical energy associated with these paths, the data being determined from geographical coordinates acquired during these trips.
  • FIG. 1 schematically illustrates an example of a "Plug-in Hybrid" type vehicle architecture and control members of the chain.
  • hybrid traction system of this vehicle comprising an optimized management device of the electric charge level when charging the on-vehicle electrochemical storage source, according to a preferred embodiment of the invention;
  • FIG. 2 schematically illustrates an example of an electric vehicle architecture and its control members of the electric motor power train of this vehicle comprising an optimized management device for the level of electric charge during the loading of the source.
  • electrochemical storage device embedded in the vehicle according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a flow diagram schematically illustrating a mode of learning of the coordinates of destinations for which a vehicle is put in so-called parking mode and times spent in this mode.
  • FIG. 1 schematically illustrates an example of architecture 1 of a hybrid VH vehicle of the "Plug-in Hybrid" type.
  • FIG. 1 shows the electrical connections of the data and power type connecting the different modules and the mechanical links of the motors, MTH and MTE, of the vehicle VH.
  • these mechanical and power connections, the majority of the data links, as well as the operation of the MTH and MTE engines, do not differ in any way from the Known Art. It is therefore unnecessary to describe them further. Only the specificities characterizing the device of the invention will be explained.
  • a hybrid power train supervisor 10 manages the contribution of the thermal and electric engines, MTH and MTE, respectively, to the traction of the vehicle VH.
  • the hybrid traction train supervisor 10 controls, on the one hand, a thermal engine control unit 12, and, on the other hand, an electric motor control unit 14. The latter controls the electric motor MTE via an inverter 13 powered by the battery BAT.
  • the vehicle VH is equipped with a navigation system 16 comprising a navigation system proper.
  • 160 usually comprising a computer coupled to a display device, for example a multifunction screen 17, via a module 15 called BSI (for "Intelligent Service Enclosure"), constituting one of the computers of the vehicle VH, and a device of position measurement 161 of the GPS type.
  • the navigation system 16 transmits to the hybrid traction system supervisor 10, via the BSI 15, in particular the geographical coordinates of the instantaneous position of the vehicle VH calculated by the GPS measuring device 161.
  • the state of charge of the battery BAT is measured and managed by a computer 11, generally called “BMS”, coupled to the hybrid power train supervisor 10 to provide data characteristic of this state of charge which will be called hereinafter "SOC" (of the abbreviation Anglo-Saxon commonly used “State Of Charge”).
  • the vehicle VH of Figure 1 being of the "Plug-in Hybrid" type, it is necessary to provide devices for recharging the battery BAT by external means for generating electrical energy.
  • the battery BAT can be connected directly to the fast charging terminal 180, via a jack 18 adapted configuration.
  • an on-board charger 19 provided with a plug 190, a priori conventional configuration.
  • the charging order of the battery BAT is generated by the "BMS" 11 and transmitted to the fast charging terminal 180 or to the on-board charger 19 via data links (under the unique reference 110).
  • the instructions conveyed by the data links 110 initialize the recharging of the battery ⁇ > A7 and stop it when the value of the "SOC" of the battery BAT reaches a predetermined set value, ie, as previously mentioned, a value generated by calculation, either a value entered by the user before the start of the load or, still, being loaded, via a keyboard or any input device of appropriate data, or finally a default value (eg a full charge).
  • FIG. 2 schematically illustrates an example of an EV electric vehicle architecture 2 in which the traction system comprises only one or more electric motors MTE.
  • the electric power train no longer has a heat engine (Figure 1: MTH) and therefore no longer has a control device of this engine ( Figure 1: 12).
  • the electrical control chain supervisor is now referenced 20.
  • the traction chain supervisor, 10 or 20 When the vehicle reaches a location identified by the GPS tracking device 161, identified by the traction chain supervisor, 10 or 20, depending on the vehicle type, VH or VE, (or, depending on a technological choice within reach of the skilled person, by the "BSI" 15) as being a place of frequent charging of the battery BAT, the traction chain supervisor, 10 or 20, from parameters of types of use acquired by a permanent learning, defining characteristic operating profiles of the vehicle (for example a daily use), stored in memory, determines the energy just needed to cover the electrical energy needs that the vehicle will need as a result of this load. This energy requirement implies, depending on the residual SOC of the battery BAT, and as needed, a recharge of this battery up to a predetermined "SOC" value.
  • the traction chain supervisor, 10 or 20, translates this level of state of charge into autonomy available to the user, which constitutes "more meaningful" information for the user.
  • the traction chain supervisor, 10 or 20 transmits this data to the "BSI" 11 which generates a message intended for the user, for example via the multifunction screen 17.
  • the message displayed is intended to to propose to the user to charge his vehicle, VH or VE, to a state of charge making it possible to obtain the calculated level of autonomy and which constitutes an optimized level, minimizing the impact of refills on the aging of the battery BAT.
  • the user acknowledges the instruction displayed on the screen 17 if he agrees with this proposal or, conversely, enters a different value of desired autonomy in all electrical end of charge, for example using keyboard 170 or any other data input device.
  • the data entered directly on the keyboard 170 or by pointing with this body a value from a list of values pre-displayed on the screen 17.
  • the screen 17 may be of touch type. It is then sufficient to press with a finger or a stylus on an area of the screen 17 to enter a value of autonomy or charge rate. This is an optional operation. Indeed, in an alternative embodiment, and by default, if for example the user ignores the message displayed on the screen during a predetermined time interval, the traction chain supervisor, 10 or 20, can control a state of 100% charge.
  • the information is communicated to the traction chain supervisor, 10 or 20, via the "BSI" 15 which in turn transmits it to the "BMS" 11.
  • This last computer 11 converts it, for example, into an instruction representing the desired amount of electricity at the end of charging to achieve the desired autonomy and transmits it to the connection member 18 or the on-board charger 19, on one of the data links 1 10.
  • the charge of the Battery BAT is triggered for example when closing the charging door, when the plug 190 of the on-board charger 19 is connected to the network 191 or when the plug 18 is connected to the fast charging terminal 180.
  • the "BMS” 1 1 calculates the amount of electricity needed to charge in the battery BAT to achieve the desired autonomy at the end of charge. To do this, the "BMS” 1 1 measures the amount of amperes-hours charged and stops the load by transmitting an appropriate instruction to the on-board charger 19 or charging terminal 18/180 when the aforementioned amount of electricity is reached , which corresponds to optimized "SOC".
  • the "BMS" 1 1 converts the desired "SOC" value at the end of the charge into a limit value of the BAT BATTERY BATTERY TRANSFER voltage that it transmits to the on-board charger 19 or to the battery terminal. fast charging 18/180.
  • This operating mode assumes the availability of a "voltage / state" load chart previously recorded in a memory of the "BMS" 1 1.
  • the "BMS" 11 is provided with the possibility of resetting the state of charge "SOC" as a function of the aging BAT BATTERY. It is therefore necessary that at any instant t, of the life of the battery BAT, the "BMS” 1 1 knows the losses of capacity of the fully discharged battery BAT compared to its fully discharged capacity when it is new , that is to say at the time t 0 of activation.
  • the navigation system 160 and the GPS system 161 are of the so-called “onboard” type
  • an autonomous position measuring system can also be used. Many systems of this type are available on the market (mobile phone equipped with a GPS system, nomadic GPS system, etc.).
  • the autonomous system for measuring the GPS position of the vehicle can be connected to the vehicle, VH or VE, by any conventional means (radio link to the "bluetooth” protocol, "USB” connector, etc.), the GPS position information must be transmitted to one of the vehicle computers, the "BSI” 11 or the pull chain supervisor 10 or 20, for example.
  • the traction chain supervisor, 10 or 20, (or the "BSI" 11 in a variant embodiment) stores in memory the locations where the vehicle, VH or VE, is put into parking mode and the battery BAT m ⁇ en charging, either by connection to the network 191 or via a charging terminal 180.
  • the traction chain supervisor, 10 or 20, identifies, using a learning algorithm, the positions where the implementation BAT battery charge is the most common.
  • the pull chain supervisor, 10 or 20, or the "BSI" calculator 11 records certain usage characteristics during predefined time periods, for example daily mileage, daily autonomy, daily energy requirement, consumption. average / km for each day of the week. Naturally, other characteristic profiles of the use of the vehicle can be learned and stored in memory.
  • the vehicles have a very similar, if not identical, use profile for each day of the week. For example, if this profile is encrypted in electrical energy consumed daily, this profile is repeated from weeks to weeks.
  • the 10 or 20 power train supervisor gains a good knowledge of the use of the vehicle for each day of the week and therefore the electrical energy required for each day.
  • usage characteristics such as, for example, the electrical energy consumed in a corresponding time slot, still for example, to a daily duration, but also in a shorter time sub-slice, for example hourly.
  • the aforesaid learning algorithm makes it possible to determine for each sub-time slot (for example hourly) and each time slot (for example daily), the most frequent consumption of electrical energy. It then allocates to each temporal sub-slice and each time slice an electrical energy consumed and therefore an electrical energy necessary to recharge.
  • the energy efficiency of the load is naturally less than unity but close to 90% for a charge in 8 hours of a battery in Li-ion technology.
  • the traction chain supervisor determines how much electrical energy is needed for the driving mode in the next time slot. , from the most frequent consumption data on this time slice acquired by permanent learning and stored in memory.
  • the "BSI" computer 11 then generates a message transmitted to the multifunction screen 17 for display. This message informs the user of the charge value allowing an available autonomy to cover the needs for use on the defined time slot.
  • a full charge (status load equal to 100%) is automatically performed.
  • the supervisor can propose, by the intermediate of the "BSI" 11, a list of choices displayed on the multifunction screen 17, for example four levels of autonomy: small autonomy, average autonomy, high autonomy and very long autonomy, as defined below, still as example and to fix the ideas:
  • the calculation of the load required for the next time slot takes into account a power reserve that can be parameterized by the user.
  • the user then sets his energy reserve expressed in km. This reserve makes it possible to compensate for all the imponderables that may arise in the next time slot, as a detour generating additional kilometers traveled compared to the planned distance.
  • the traction chain supervisor, 10 or 20 takes into account days and slots in accordance with the particular wishes of the user, for example to benefit from tariff advantages during charging. the vehicle's battery (night hours, etc.).
  • the supervisor of traction chain, 10 or 20 defines time slots and sub-time slots according to the wishes of the user, and determines on these time slots and sub-time slots, the electrical energy consumed or necessary to recharge.
  • the user can change the desired autonomy which is transformed into a breaking load state by the traction chain supervisor, 10 or 20.
  • the management is performed fully automatically.
  • the traction chain supervisor, 10 or 20 uses algorithms to optimize the state of charge of the battery throughout its lifetime, taking into account the use of the vehicle after a learning phase. The system then guides the user through the refill phases.
  • the traction chain supervisor, 10 or 20, asks the user to connect the vehicle, either to the network or to a fast charging station when the traction chain supervisor, 10 or 20, thinks that recharging becomes necessary .
  • the user retains at any time the possibility of returning to manual mode so as to impose a state of charge level at the next recharge.
  • the user himself sets the time slots during which he wants the battery to be recharged to benefit from the aforementioned tariff advantages.
  • the user retains the ability to enter the days and slots during which he wants the recharge is done.
  • the optimized management device of the electric charge level of the battery according to the invention must be able to deactivate itself if it detects that the current path does not correspond to a known profile (for example too far from the known profiles), nevertheless the path will have to be kept as part of the process of permanent learning, if this last one should eventually become routine.
  • Another feature enabled by the invention is to couple the optimized management device of the level of electric charge of the battery to the navigation guidance function 160: in this case, the planning of a trip by the user allows the supervisor pull chain, 10 or 20, to take into account the current path, rather than the usual or regular routes.
  • the advantage of this operating mode is to allow the device according to the invention to optimize the load level in the case of exceptional paths (preparation for trips for example) in the same way as it does for routine journeys ( learned by the device over time).
  • exceptional paths preparation for trips for example
  • routine journeys learned by the device over time.
  • an onboard GPS navigation system 161 associated with proprioceptive type sensors such a system is particularly capable of providing very precise position information
  • an onboard or remote GPS navigation system (of the nomadic device type): such a system provides position information with good precision, sufficient for the application envisaged by the invention
  • a connected mobile device having a GSM access for example a mobile phone or any similar device with a GPS function connectable to the vehicle information network VH or VE: such a system provides relatively low precision position information (typical a radius of about 2 km), but also sufficient for the application envisaged by the invention.
  • a first comparator 30 determines whether the engine is started. We must understand by "engine”, the hybrid chain of traction. If the result of the comparison is negative (branch [NO]), the current time (time stamp data) received from an on-board clock HC and the geographical coordinates of the last known position of the vehicle, VH or VE, are saved. in first memory means 31. If the result of the comparison is positive (branch [YES]), a second comparator 33 determines whether the GPS position of the vehicle, VH or VE, is available or not. If the result of the comparison is positive (branch [YES]), the new GPS position is recorded in second memory means 34, instead of the previous recorded position.
  • the memory means 34 receive the geographical coordinate information delivered by the GPS system referenced GPS in FIG. 3 (for example the system 161 of FIG. 1).
  • the memory means 34 are connected to a first database 32 recording the last known position. This database 32 is itself connected to the first memory means 31.
  • the data recorded in these memory means 31 are transmitted on the one hand to a second database 35 recording the position of the vehicle VH and time, and secondly to a third comparator 37 which determines whether the engine is started. If the result of the comparison is positive (branch [YES]), a calculation unit 36 is actuated.
  • the results of the calculations are transmitted to a module 38 which compares them with existing lists of downtime and vehicle position corresponding to these stops, updates these lists and writes the results of these operations in tables, particularly in a third database 39 recording downtime.
  • the result of the comparison performed by the comparator 37 is negative (branch [NO])
  • iterative loopback is performed on its input and a new comparison is made.
  • the various modules of FIG. 3, in particular the memory means, the databases and the calculation modules, although represented separately, may be grouped together wholly or partly in a single electronic assembly. They may be “hardware” electronic circuits, or, for at least part of them (comparator functions, calculation modules, memory means addressing, etc.), of a registered digital program computer.
  • An example of a database structure recording the downtime and the geographical coordinates of the corresponding vehicle positions is illustrated by the "TABLE I” placed at the end of the present description. To fix the ideas, there is represented in this "TABLE I” three pairs “stopping times - positions" referenced "P 1 - T 1 ", "P 2 - T 2 " and "P 1 - T 1 ", / being an arbitrary number.
  • the positions P z can be classified according to the stopping times of the vehicle, VH or VE; or
  • VH or VE may be selected as:
  • the method according to the invention implements a first learning process that allows the storage of the places of setting parking mode and periods of immobilization of the vehicle in these places, according to various modes of operation, some of which we have been detailed above.
  • the method implements a second learning process that allows the memorization of profiles characterizing a typical use of the vehicle in predetermined time slots with regard to its electrical energy expenditure and correspondingly the load requirements in battery power for these time slots.
  • the method according to the invention allows the generation of values of states of charge allowing a optimized management of successive BAT battery charges using external means of supplying electrical energy. These charges allow a sufficient autonomy to achieve the planned paths following them safely, taking into account the use profiles obtained by the second learning process mentioned above.
  • the state of charge values are transmitted to display members to induce action by the user. If the user accepts these state of charge values, these are then transmitted to the battery charging control means to obtain a load respecting the received setpoint. In the opposite case, the user can himself enter values of state of charge or autonomy of the vehicle distinct from those proposed. By default, if the user does not react, for example at the end of a predetermined time interval, a complete charge of the battery can be realized.
  • the optimized management method of the electric charge level according to the invention makes it possible to minimize the negative impact of the successive charges on the lifetime of the battery and to maintain its performance in terms of energy and available power at a high level. throughout its life.
  • the "TABLE III" placed at the end of the present description illustrates the variations in the coefficient of damage of the battery as a function of SOC, of the battery at constant temperature equal to 25 ° C. There is a very strong increase in the coefficient of damage when the average charge state SOC of the battery varies from 50 to 100%, substantially in a ratio of 1 to 7.
  • the vehicle is equipped with a battery of 80 lithium cells, each of nominal voltage 3.5 V and 80Ah capacity (total energy 22 kWh).
  • the average fuel consumption of the vehicle is assumed to be 150 Wh / km.
  • the range of this vehicle is typically 150 km.
  • the battery temperature in taxi mode, parking mode and charge mode is 25 ° C.
  • the time slice used in the example is the day.
  • the battery is recharged a state of maximum load of 50%, which corresponds to an autonomy in the example of 75 km, largely sufficient autonomy for the use which is made of the electric vehicle in the example selected.
  • state of charge 50%
  • the users most of the time the users recharge the battery of the vehicle at full load (state of charge equal to 100%) at home, immediately after use.
  • table IV placed at the end of the present description, synthetically illustrates a typical example of SOC load distribution (first column) of the battery over a week, in hours (second column) and in% (third column). It can be seen that the average charge states are distributed in the range 80 - 100%, the battery being charged at 100% for more than half the time (54%) and at 90% or more for 92% of the time. obviously has a very negative impact on the life of the battery.
  • An average damage coefficient can be calculated from the damage coefficients of "TABLE III” by weighting them by the percentage of hours spent on each SOC slice.
  • the state of charge management device cuts the charge of the battery when the state of charge reaches the maximum value of 50% (following the display of a message on the multifunction display unit, for example) or that it itself seize this maximum value of state of charge, which then gives the vehicle a range of 75 km in the example considered.
  • TABLE V placed at the end of the present description, synthetically illustrates a typical example of distribution of charge states SOC (first column) of the battery over a week, in hours (second column) and in% (third column) when a strategy for managing the state of charge of the battery according to the invention is implemented, for the example considered above. It can be seen that, in this case, all the average charge states are distributed in the range 40 - 50%, respectively 91 to 50% (ie 54% of the time) and 77% to 40% (ie 46% of the time). ).
  • the report RE SSAS makes it possible to calculate the gain brought to the lifetime of the battery by the management strategy of the state of charge of this battery implemented in accordance with the method of the invention.
  • the lifetime is 17.7 years with this state of charge management strategy whereas it was only 2.8 years without strategy.
  • the invention has many advantages that have been previously enumerated and needless to be recalled in full.
  • the system makes it possible, at the same time, to increase the lifetime of a battery without requiring over-dimensioning of its energy capacities so that it can meet a preset specification for the life of the vehicle.
  • This characteristic is obtained by implementing an optimized management strategy of the state of charge of the battery, more generally of an electrochemical storage source embedded in a vehicle. hybrid, without the need for major modifications to the control systems of the hybrid drivetrain ("Plug-in Hybrid" vehicle) or the electric powertrain (all-electric vehicle), which allows the use of well-established technologies. known per se.

Abstract

L'invention concerne un dispositif et un procédé de gestion de l'état de charge d'une batterie embarquée (BAT) dans un véhicule électrique ou hybride de type "Plug-in Hybrid" (VH). Le dispositif comprend des premiers moyens (10) d'apprentissage et de mémorisation de données caractérisant des localisations de parking fréquents dans lesquelles la batterie {BAT) est mise en charge. Il comprend un système de navigation (16) pour l'acquisition des coordonnées instantanées du véhicule (VH). Il comprend des deuxièmes moyens (10) d'apprentissage et de stockage de données caractérisant les trajets habituels ou exceptionnels du véhicule (VH), de façon à générer des profils d'utilisation caractéristiques du véhicule pendant des périodes de temps prédéterminées. Les données enregistrées par les deux moyens d'apprentissage sont combinées, lorsque le véhicule (VH) atteint une localisation finale de mise en charge de la batterie {BAT), de façon à générer une valeur de taux de charge minimum permettant d'assurer une autonomie suffisante du véhicule (VH) après la charge de la batterie {BAT).

Description

DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE GESTION DU NIVEAU DE CHARGE
ÉLECTRIQUE LORS DE LA MISE EN CHARGE D'UNE SOURCE DE
STOCKAGE ÉLECTROCHIMIQUE EMBARQUÉE DANS UN VÉHICULE
L'invention concerne un dispositif et un procédé de gestion optimisée du niveau de charge électrique lors de la mise en charge d'une source de stockage électrochimique embarquée dans un véhicule.
L'invention s'applique à tout véhicule à traction électrique nécessitant le branchement de la source de stockage électrochimique à un organe externe de fourniture d'énergie électrique à l'aide d'un adaptateur approprié pour la recharger. Elle s'applique en particulier aux véhicules électriques et aux véhicules à chaîne de traction hybride de type hybride rechargeable, connu sous l'appellation anglo-saxonne "Plug-in Hybrid". Dans le cadre de l'invention, on entend par "source de stockage électrochimique" tous types de batteries, en particulier des batteries lithium-ion (Li-ion), nickel-métal hydrure (NiMH), nickel-zinc (Ni-Zn), etc., ainsi que des organes du type connu sous l'appellation "super-condensateur". Dans ce qui suit, sans restreindre en quoi que ce soit la portée de l'invention, le terme "batterie" sera utilisé pour simplifier la description.
Dans ce cadre d'application, il est bien connu que l'un des challenges actuels concernant les batteries mettant en œuvre une technologie de stockages électrochimiques est qu'elles puissent durer toute la durée de vie du véhicule, généralement comprise entre 10 et 15 ans. Deux types principaux de vieillissement rentrent en ligne de compte :
- le vieillissement du fait de son utilisation ; et
- le vieillissement dit calendaire, car une batterie vieillit même si on ne l'utilise pas).
Le vieillissement d'une batterie se concrétise par la perte progressive de ses performances en termes d'énergie électrique stockée et de puissance disponible. Il s'ensuit qu'une batterie doit être surdimensionnée en début de vie pour qu'elle puisse toujours répondre aux spécifications en termes d'énergie et de puissance en fin de vie. Or, une batterie est un composant coûteux qui doit être dimensionnée au plus juste en fonction du cahier des charges du véhicule pour minimiser l'impact de son coût, critère de premier plan dans la réussite de la mise sur le marché des véhicules Hybrides et Electriques. Les deux paramètres principaux qui influent sur la durée de vie d'une batterie sont l'état de charge et la température de celle-ci. Par exemple, plus la température de stockage d'une batterie ou d'utilisation est basse, plus longue est sa durée de vie. De même, plus l'état de charge de stockage ou d'utilisation est bas, plus longue est la durée de vie. Par conséquent, pour améliorer la durée de vie d'un véhicule à chaîne de traction électrique :
1. il nécessaire d'abaisser l'état de charge de la batterie au niveau le plus bas possible que peut tolérer l'application ; et
2. il faut faire en sorte que la température de stockage ou d'utilisation de la batterie soit la plus basse possible, par exemple en prévoyant un système de ventilation ou de climatisation efficace.
La durée de vie d'une source de stockage électrochimique dépend donc de l'état de sa charge et de la température à laquelle elle est stockée et utilisée. Pour fixer les idées, une batterie en technologie "Lithium" couramment disponible dans le commerce est donnée pour les durées de vie calendaire typiques suivantes, en fonction de l'état de charge :
- de 18 ans pour un stockage à un état de charge de 50% et une température de 25°C, et
- de 2,6 ans pour un stockage à un état de charge de 100% et une température de 25°C.
On constate une dégradation très importante de la durée de vie de cette batterie lorsque l'état de charge moyen passe de 50 à 100%, ce à température égale. De même, on constaterait une dégradation de cette durée de vie importante si la température moyenne de fonctionnement passait de 25 0C à 600C, et naturellement encore plus importante si ces deux facteurs adverses se combinent (haute température et état de charge élevé). Dans l'Art Connu, pour tenter d'améliorer la tenue dans le temps des batteries embarquées dans les véhicules hybrides, il a été proposé de décharger la batterie d'un véhicule hybride lorsqu'il est mis en mode dit « parking », c'est-à-dire lors d'un stationnement d'une durée minimale prédéterminée. On peut, par exemple, alimenter des organes consommateurs d'énergie électrique en actionnant, toujours par exemple, la ventilation ou la climatisation du véhicule, ou éventuellement en utilisant l'électricité stockée dans cette source de stockage pour une utilisation domestique externe, ou encore décharger la batterie dans une autre source de stockage. A titre d'exemple, un dispositif et un procédé de ce type sont décrits dans la demande de brevet FR 2 891 774 A1 (RENAULT). Cette demande de brevet enseigne un dispositif de gestion d'une batterie embarquée de type Lithium-ion, dans un véhicule comprenant un détecteur de charge de cette batterie et un moyen de décharge partielle de la batterie pour que son état de charge descende à un seuil préétabli. En outre, dans un mode de réalisation, la décharge partielle est obtenue en transférant une partie de la charge de la batterie vers une seconde batterie, de type plomb-acide.
Cette demande de brevet français vise à répondre, bien qu'imparfaitement, aux besoins qui se font sentir pour une application « véhicule hybride », que l'on peut qualifier de « pur hybride», ce en vue de tenter d'optimiser l'état de charge de la batterie dans le mode parking précité, mais ne répond pas aux besoins spécifiques des applications visées par l'invention, à savoir, comme il a été rappelé, l'optimisation les opérations de recharge répétées à l'aide d'un générateur externe d'énergie électrique (réseau électrique, borne de recharge rapide sur une place de stationnement, etc.) de la batterie embarquée sur un véhicule électrique ou un véhicule de type « Plug-in Hybrid ».
Dans l'Art Connu, il n'existe pas de dispositif et/ou de procédé permettant d'optimiser la mise en charge dune batterie en mode parking. Généralement, lorsque la batterie d'un véhicule d'un des types précités est branchée à un réseau classique de distribution d'énergie électrique, par exemple par l'intermédiaire d'un chargeur embarqué, ou à une borne de charge rapide, elle est rechargée à un niveau de pleine charge, même si son utilisation courante ou future ne nécessite pas cet état de charge.
La Demanderesse, a proposé un mode opératoire offrant plus de souplesse. Ce mode opératoire consiste à ce que l'utilisateur saisisse lui- même, par l'intermédiaire d'un organe afficheur multifonction et d'un organe d'entrée de données (clavier, etc.), présents sur certains véhicules de conception moderne, l'autonomie du véhicule (ou l'état de charge de la batterie) qu'il souhaite pour le ou les parcours du véhicule qui devrai(en)t être effectué(s) après la recharge. Cette opération constitue donc un acte volontaire de la part de l'utilisateur, ce qui peut être considéré comme une opération contraignante par celui-ci. En effet, même si son attention est attirée par l'affichage d'un message de rappel par un organe de visualisation, voire par rémission d'un message sonore ou auditif en complément et/ou en lieu et place du message visuel, l'utilisateur doit réfléchir au(x) parcours qu'il va probablement effectuer après la recharge et estimer l'état de charge que doit atteindre la batterie pour obtenir l'autonomie au moins nécessaire à ce ou ces parcours. Il s'ensuit que l'utilisateur n'effectuera peut-être pas la recharge de la batterie ou, pour le moins, se contentera de la recharger à pleine charge, ce qui le dispense d'anticiper les parcours qu'il aura probablement à effectuer après la charge de la batterie, mais ce mode opératoire ne constitue pas une gestion optimisée de la mise en charge comme il a été rappelé, puisque, la pleine charge n'étant pas a priori nécessaire, la batterie verra sa durée de vie diminuer.
Même si l'utilisateur réagit au message généré par le système et estime le taux de recharge qui est nécessaire pour un usage futur, il est peu probable que l'état de charge atteint après recharge soit optimum, car fruit d'une estimation qui ne peut qu'être que grossière. Dans cette hypothèse encore, une gestion optimisée de la mise en charge de la batterie ne pourra être obtenue. On a également proposé dans l'Art Connu, des dispositifs et procédés d'apprentissage permettant d'estimer l'état de charge d'une batterie avec une grande précision. A titre d'exemple, la demande de brevet international WO 2005/059579
A1 (LG CHEM LTD) illustre un appareil et une méthode d'estimation de l'état de charge d'une batterie mettant en œuvre un réseau neuronal et un algorithme itératif d'apprentissage utilisant les paramètres mesurés suivants : le courant délivré par la batterie, sa tension et sa température.
Cette demande de brevet enseigne donc un procédé permettant d'obtenir, à tout instant et avec une grande précision, l'état de charge de la batterie embarquée dans un véhicule, mais elle ne répond pas aux besoins qui se font sentir pour les applications visées par l'invention. En effet, cette demande de brevet ne se pose pas le problème de l'optimisation des niveaux de charges répétitifs de la batterie permettant d'améliorer la tenue dans le temps et de conserver des performances élevées en termes d'énergie électrique stockée et de puissance disponible.
L'invention vise à pallier les inconvénients des dispositifs et procédés de l'art connu, et dont certains viennent d'être rappelés.
L'invention se fixe pour but un dispositif et un procédé de gestion optimisée du niveau de charge électrique lors de la mise en charge d'une source de stockage électrochimique embarquée dans un véhicule par l'intermédiaire d'un organe externe de fourniture d'énergie électrique. Les dispositions propres à l'invention permettent d'obtenir un état de charge optimisé lorsque ladite source est rechargée après que le véhicule ait été mis en "mode parking", de façon à réduire son vieillissement.
Pour ce faire, selon une caractéristique importante du procédé de l'invention, lorsque le véhicule atteint une localisation dans laquelle la batterie est souvent rechargée, un des calculateurs dont est muni le véhicule émet un message proposant à l'utilisateur d'effectuer une charge permettant une autonomie (ou un état de charge) estimée juste nécessaire par ce calculateur pour couvrir le besoin en énergie du prochain parcours à partir d'un processus d'apprentissage des habitudes de roulage de l'utilisateur. Le calculateur peut être constitué avantageusement par un organe couramment appelé « superviseur de chaîne de traction », commandant le moteur électrique, dans le cas d'un véhicule tout électrique, ou la chaîne de traction hybride dans le cas d'un véhicule "Plug-in Hybrid". Ce calculateur informe l'utilisateur par l'intermédiaire d'un dispositif de visualisation, par exemple un écran multifonction généralement présent sur les véhicules de conception récente, ou de tout autre dispositif de communication approprié. Deux hypothèses principales peuvent être considérées :
- soit l'utilisateur acquitte la proposition affichée, et alors la mise en charge de la batterie est effectuée, sans autre intervention de l'utilisateur, jusqu'à un niveau de charge juste nécessaire pour couvrir les besoins du ou des parcours prévus après la charge ; - soit l'utilisateur n'acquitte pas cette proposition, dans cette hypothèse la charge est effectuée jusqu'à pleine charge (état de charge égal à 100 %).
Ces deux modes de fonctionnement restent compatibles avec un mode que l'on qualifiera de « manuel ». On peut en effet laisser à l'utilisateur la liberté de saisir lui-même une valeur d'autonomie autre que celle proposée par le dispositif et autre que celle découlant d'un état de charge de 100%. Cette possibilité peut être intéressante, à titre d'exemple non limitatif, si l'utilisateur décide de modifier ses prévisions de déplacements futurs (parcours prévu après la mise en charge plus court ou plus long que celui initialement prévu). En particulier, si le nouveau parcours prévu est plus long que celui initialement prévu ou estimé par le calculateur, une plus grande autonomie devient nécessaire, donc un état de charge plus élevé pour éviter tout risque de tomber en panne d'énergie électrique, ce qui serait rédhibitoire dans le cas d'un véhicule tout électrique, car aucun autre moyen de traction ne pourrait se substituer au moteur électrique. Pour que le calculateur puisse élaborer une proposition de charge appropriée permettant d'atteindre un état de charge optimisé quand la batterie est rechargée lorsque le véhicule est mis en mode parking (destination dite "finale"), il est nécessaire que le calculateur ait identifié que cette destination "finale" constitue un lieu de mise en charge fréquent. Cette caractéristique permet de minimiser l'impact des charges successives de la batterie sur son vieillissement tout en prenant en compte l'utilisation habituelle du véhicule, c'est-à-dire les trajets de routine. II est donc également nécessaire qu'un des calculateurs du véhicule dispose de données permettant de déterminer la position instantanée du véhicule, c'est-à-dire ses coordonnées géographiques sur une carte. Il peut s'agir avantageusement du calculateur couramment appelé « BSI » (pour "Boîtier de Servitudes Intelligent").
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le « BSI » est couplé à un système de navigation embarqué muni d'un dispositif de géolocalisation par satellites du type dit "GPS" (pour "Global Positioning System"). D'autres systèmes sont naturellement utilisables. Par exemple, dans l'avenir, lorsqu'il sera opérationnel, le système européen "GALILEO" pourra être utilisable en lieu et place du système "GPS".
Dans un mode de réalisation préféré également, le dispositif selon l'invention comprend des moyens d'apprentissage stockant dans des moyens de mémoire, par exemple dans un fichier mis régulièrement à jour au fur et à mesures des parcours effectués par le véhicule, des données relatives aux positions de parking habituelles de ce véhicule.
Le dispositif selon l'invention comprend enfin des moyens d'apprentissage permettant l'enregistrement de profils caractérisant les utilisations habituelles du véhicule, pour le moins sur des périodes déterminées. Il peut s'agir, par exemple, d'une période correspondant aux trajets réguliers allers et retours « domicile-travail » de l'utilisateur. Naturellement, plusieurs profils particuliers peuvent être enregistrés et mis à jour en tant que de besoin.
En résumé, selon le procédé de l'invention, lorsque que le véhicule (de type tout électrique ou « Plug-in Hybrid ») arrive à une localisation où il est mis fréquemment en charge (destination de mise en mode parking comportant des moyens externes au véhicule de fourniture d'énergie électrique), le superviseur de chaîne de traction électrique ou hybride propose à l'utilisateur, en émettant un message sur un afficheur multifonction, une valeur d'autonomie ou un état de charge calculés pour optimiser le niveau d'état de charge de la batterie, ce de façon à minimiser l'impact du vieillissement, naturellement en prenant en compte l'énergie électrique nécessaire pour couvrir le besoin en énergie pour une utilisation prévisible du véhicule postérieure à la charge.
Ce besoin en énergie est obtenu en acquérant des données caractérisant les utilisations habituelles du véhicule en faisant appel à un algorithme d'apprentissage et des données caractérisant les localisations (coordonnées géographiques) des lieux de recharge habituelles à l'aide d'un dispositif de géolocalisation de type GPS, et en combinant ces deux séries de données.
Pour être rechargée, la batterie du véhicule peut être connecté à un réseau standard de fourniture d'énergie électrique (par exemple 220 V alternatifs), par l'intermédiaire d'un chargeur embarqué, à une borne de charge rapide fournissant une énergie électrique en tension continue, ou à tout organe approprié de fourniture d'énergie électrique.
Lorsque par exemple, l'utilisateur actionne la manette qui permet l'ouverture de la trappe ou après branchement de la batterie du véhicule au réseau ou à la borne de recharge rapide et fermeture de la trappe de mise en charge, le superviseur de chaîne de traction affiche la consigne proposée à l'utilisateur sur l'écran multifonction et la charge de la batterie est déclenchée pour atteindre cette consigne, si celui-ci l'a acquitté, ou pour atteindre une consigne saisie par l'utilisateur si elle est différente, ou encore, par défaut, la pleine charge, si l'utilisateur ne répond pas à l'invite affichée, par exemple après qu'un intervalle de temps prédéterminé se soit écoulé. Si l'utilisateur saisit une nouvelle consigne, celle-ci peut être saisie à l'aide d'un clavier ou d'un organe similaire. Dans une variante de réalisation supplémentaire, à tout moment, y compris en cours de charge, l'utilisateur conserve la possibilité de modifier l'autonomie souhaitée, valeur qui est transformée en état de charge de coupure par le superviseur de chaîne de traction. Pour ce faire, l'utilisateur saisit, comme précédemment, une nouvelle valeur de consigne à l'aide d'un clavier ou d'un organe similaire.
Pour fixer les idées, à titre d'exemple, une batterie Li-ion selon son dimensionnement peut fournir typiquement l'énergie électrique nécessaire à une autonomie de 100 à 200 km à un véhicule tout électrique. Or, généralement, les trajets quotidiens restent inférieurs à 50 km. Par exemple, une étude statistique montre que plus de 80% des déplacements urbains sont effectués â une vitesse moyenne de 20 km/heure sur une distance quotidienne moyenne de 8 km par jour.
Par conséquent, cette étude montre clairement qu'il est inutile de charger une batterie complètement, c'est-à-dire à un état de charge de 100%, mais que dans la majorité des cas, un chargement de la batterie pour obtenir état de charge maximum de 50 % est largement suffisant pour couvrir les besoins habituels. Si l'apprentissage précité, pour un véhicule et un utilisateur déterminés, permet des états de charge inférieurs à 50 %, l'impact sur le vieillissement de a batterie en sera naturellement amélioré.
L'ordre de charge est généré par un module de mesure d'état de charge de la batterie constitué par un calculateur de gestion électronique de celle-ci, généralement appelé « BMS ». Cet ordre de charge est transmis au chargeur embarqué ou à la borne de charge rapide afin de s'arrêter, soit à une valeur d'état de charge prédéterminée obtenue par le mode opératoire rappelé, soit « par défaut » (100 % de charge), soit encore définie par l'utilisateur.
Le dispositif et le procédé selon l'invention présentent de nombreux avantages et notamment :
- il devient possible de maintenir le plus longtemps possible la batterie à son meilleur état de fonctionnement pendant la durée de vie de celle-ci ;
- pour un véhicule électrique : l'invention permet de maintenir ses performances dynamiques et son autonomie tout au long de la vie du véhicule à son meilleur niveau ; et
- pour un véhicule de type « Plug-in Hybrid» : l'invention permet de maintenir des performances dynamiques très élevée et un faible niveau de consommation en carburant, tout au long de la vie du véhicule, lorsqu'il fonctionne en mode « Hybride », et des performances dynamiques très élevées et une autonomie importante tout au long de la vie du véhicule lorsqu'il fonctionne en mode tout électrique. L'invention permet en conséquence un sur-dimensionnant moindre de la batterie, tout en permettant au véhicule de répondre au cahier des charges pour lequel il a été conçu pendant toute sa durée de vie, typiquement comprise entre 10 et 15 ans. Cette caractéristique avantageuse a un impact direct sur le coût de la batterie, et, par là, du véhicule car la contribution du coût de la batterie au coût global est loin d'être négligeable pour les applications visées par l'invention : véhicules électriques et de type « Plug-in Hybrid » nécessitant des batteries de fortes capacités.
Le dispositif et le procédé selon l'invention peuvent être déclinés selon plusieurs modes de réalisation pratiques qui vont être précisés ci-après.
L'invention a donc pour objet principal un dispositif de gestion de l'état de charge d'une source de stockage électrochimique embarquée dans un véhicule comprenant au moins un moteur électrique constituant une chaîne de traction, des moyens de géolocalisation de la position instantanée du véhicule, des moyens de mesure de l'état de charge de la source de stockage électrochimique et des moyens de connexion à un organe externe de fourniture d'énergie électrique pour recharger la source de stockage électrochimique, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens de calcul couplés aux moyens de géolocalisation, pour l'acquisition des coordonnées géographiques de localisations dites finales dans lesquelles le véhicule est mis en mode dit parking et la source de stockage électrochimique est mise en charge, des deuxièmes moyens de calcul générant des données de consommation en énergie électrique du véhicule lors de trajets successifs en mode dit de roulage, des premiers moyens d'apprentissage stockant dans des premiers moyens de mémoire des séries de données représentant des coordonnées de localisations finales répondant à des critères prédéterminés, des deuxièmes moyens d'apprentissage pour stocker dans des deuxièmes moyens de mémoire des deuxièmes séries de données représentant des trajets effectués par le véhicule en mode dit de roulage et la consommation en énergie électrique associée à ces trajets, de façon à générer des profils d'utilisation caractéristiques du véhicule pendant des périodes de temps prédéterminées, des troisièmes moyens de calcul combinant les premières et deuxièmes séries de données pour déterminer, lorsque le véhicule atteint une localisation finale de mise en charge de la source de stockage électrochimique, une valeur de taux de charge minimum couvrant des besoins en énergie électrique assurant une autonomie suffisante du véhicule pour une utilisation prévisible de ce véhicule après la charge de la source de stockage électrochimique, et des moyens de commande des moyens de connexion à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique pour charger la source de stockage électrochimique jusqu'à une valeur de taux de charge prédéterminée.
L'invention a encore pour objet un dispositif comprenant des moyens d'affichage de la valeur de taux de charge minimum, des moyens de saisie de données, de façon à ce qu'un utilisateur du véhicule puisse saisir des données signifiant l'acceptation de cette valeur de taux de charge minimum ou des données représentant une valeur de taux de charge distincte, et des moyens de transmission de ces données aux moyens de commande des moyens de connexion à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique pour charger la source de stockage électrochimique à une valeur correspondant au taux de charge minimum calculé ou au taux de charge saisi par l'utilisateur.
L'invention a encore pour objet un dispositif dans lequel les moyens d'affichage comprennent un écran d'affichage multifonction et les moyens de saisie de données comprennent un clavier.
L'invention a encore pour objet un dispositif dans lequel les premiers moyens de mémoire comprennent une base de données comprenant une table à deux séries d'entrées, une première série d'entrées représentant les coordonnées géographiques des localisations finales atteintes par le véhicule (VH) dans lesquelles le véhicule est mis en mode dit parking et la source de stockage électrochimique est mise en charge et une seconde série d'entrées représentant les temps d'arrêt du véhicule aux localisations finales et des moyens (38) pour mettre à jour cette table.
L'invention a encore pour objet un dispositif dans lequel les moyens de géolocalisation de la position instantanée du véhicule comprennent un système d'acquisition de coordonnées géographiques de type dit GPS et dans lequel les deuxièmes moyens d'apprentissage stockent des données caractérisant des trajets réguliers du véhicule dit de routines et la consommation en énergie électrique associée à ces trajets, les données étant déterminées à partir de coordonnées géographiques acquises pendant les trajets.
L'invention a encore pour objet un dispositif dans lequel les moyens de géolocalisation de la position instantanée du véhicule comprennent un système de navigation et dans lequel les deuxièmes moyens d'apprentissage stockent des données représentant des trajets exceptionnels du véhicule et la consommation en énergie électrique associée à ces trajets, les données étant déterminées à partir de données de trajets planifiés dans le système de navigation.
L'invention a encore pour objet, le véhicule comprenant des moyens de commande de la chaîne de traction, un dispositif comprenant un calculateur dit "superviseur de chaîne de traction" et dans lequel ce calculateur intègre les premiers à troisièmes moyens de calculs. L'invention a encore pour objet un dispositif dans lequel le véhicule comprend un calculateur dit "Boîtier de Servitudes Intelligent" et dans lequel ce calculateur intègre les premiers à troisièmes moyens de calculs.
L'invention a encore pour objet un dispositif dans lequel le véhicule est un véhicule du type dit tout électrique dont la chaîne de traction comprend au moins un moteur électrique.
L'invention a encore pour objet un dispositif dans lequel le véhicule est un véhicule hybride du type dit "Plug-in Hybrid" dont la chaîne de traction comprend au moins un moteur électrique et un moteur thermique.
L'invention a encore pour objet un dispositif dans lequel l'organe externe de fourniture d'énergie électrique pour recharger la source de stockage électrochimique est une borne de recharge rapide fournissant une tension continue pour charger la source de stockage électrochimique au taux de charge prédéterminé.
L'invention a encore pour objet un dispositif dans lequel l'organe externe de fourniture d'énergie électrique pour recharger la source de stockage électrochimique est un réseau domestique fournissant une tension alternative, le véhicule comprenant un chargeur embarqué de la source de stockage électrochimique destiné à être branché sur le réseau domestique pour charger la source de stockage électrochimique au taux de charge prédéterminé.
L'invention a encore pour objet un dispositif dans lequel la source de stockage électrochimique est une batterie {BAT) de type lithium-ion, nickel-zinc ou nickel-métal hydrure.
L'invention a encore pour objet un procédé de gestion de l'état de charge d'une source de stockage électrochimique embarquée dans un véhicule mettant en œuvre ce dispositif, le véhicule comprenant au moins un moteur électrique constituant une chaîne de traction, des moyens de géolocalisation de la position instantanée du véhicule, des moyens de mesure de l'état de charge de la source de stockage électrochimique et des moyens de connexion à un organe externe de fourniture d'énergie électrique pour recharger la source de stockage électrochimique, le procédé comprenant une première étape de calcul pour l'acquisition de coordonnées géographiques de localisations dites finales dans lesquelles la source de stockage électrochimique est mise en charge, une deuxième étape de calcul pour la génération de données de consommation en énergie électrique du véhicule lors de trajets successifs en mode dit de roulage, une première étape d'apprentissage pour le stockage de séries de données représentant des coordonnées de localisations finales répondant à des critères prédéterminés dans des premiers moyens de mémoire, une deuxième étape d'apprentissage pour le stockage de deuxièmes séries de données représentant des trajets effectués par le véhicule en mode dit de roulage et la consommation en énergie électrique associée à ces trajets dans des deuxièmes moyens de mémoire, de façon à générer des profils d'utilisation caractéristiques du véhicule pendant des périodes de temps prédéterminées, une troisième étape de calcul pendant laquelle les premières et deuxièmes séries de données sont combinées pour déterminer, lorsque le véhicule atteint une localisation finale de mise en charge de la source de stockage électrochimique, une valeur de taux de charge minimum couvrant des besoins en énergie électrique assurant une autonomie suffisante du véhicule pour une utilisation prévisible de ce véhicule après la charge de la source de stockage électrochimique, et une étape de commande des moyens de connexion à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique suivie d'une étape de charge de la source de stockage électrochimique jusqu'à une valeur de taux de charge prédéterminée.
L'invention a encore pour objet un procédé comprenant une étape d'affichage du taux de charge minimum sur des moyens de visualisation et une étape optionnelle de validation ou de refus par un utilisateur du véhicule du taux de charge affiché suivie d'une étape de transmission aux moyens de connexion à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique d'un ordre de charge de la source de stockage électrochimique jusqu'à une valeur de taux de charge prédéterminé.
L'invention a encore pour objet un procédé dans lequel, lorsque l'utilisateur valide la valeur de taux de charge minimum affiché, l'ordre transmis aux moyens de connexion à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique occasionne la charge de la source de stockage électrochimique jusqu'à la valeur de taux de charge minimum déterminé lors de la troisième étape de calcul.
L'invention a encore pour objet un procédé qui, lorsque l'utilisateur refuse la valeur de taux de charge minimum affiché, comprend une étape supplémentaire de saisie d'une valeur taux de charge particulière par l'utilisateur et l'ordre transmis aux moyens de connexion à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique occasionne la charge de la source de stockage électrochimique jusqu'à la valeur de taux de charge particulière saisie par l'utilisateur.
L'invention a encore pour objet un procédé dans lequel l'étape de saisie consiste à ce que l'utilisateur saisisse directement une valeur particulière de taux de charge à l'aide d'un clavier, d'une télécommande ou d'un système à reconnaissance vocale.
L'invention a encore pour objet un procédé dans lequel l'étape de saisie consiste à ce que l'utilisateur saisisse une valeur particulière d'autonomie souhaitée pour le véhicule et qui comprend une étape supplémentaire de conversion de cette valeur d'autonomie en taux de charge. L'invention a encore pour objet un procédé comprenant une étape d'affichage d'une liste de valeurs taux de charge minimum calculés distincts sur des zones déterminées d'un écran de visualisation tactile et en ce que l'étape de saisie consiste, pour l'utilisateur, à pointer sur une des zones d'affichage une valeur de taux de charge particulière
L'invention a encore pour objet un procédé qui, en l'absence d'une validation ou d'un refus par l'utilisateur pendant une période de temps prédéterminée après affichage du taux de charge minimum calculé, comprend une étape de transmission aux moyens de connexion à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique d'un ordre de charge jusqu'à une valeur de taux de charge de 100% occasionnant une pleine charge de la source de stockage électrochimique.
L'invention a encore pour objet un procédé comprenant, à tout instant de l'étape de charge de la source de stockage électrochimique, une première étape supplémentaire de saisie par l'utilisateur d'un taux de charge modifié et une deuxième étape supplémentaire de transmission de ce le taux modifié aux moyens de connexion à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique d'un ordre de charge de la source de stockage électrochimique de façon à ce qu'elle soit chargée jusqu'à la valeur de taux de charge modifié. L'invention a encore pour objet un procédé dans lequel la première étape d'apprentissage comprend le stockage de séries de données représentant des coordonnées de localisations finales dans lesquelles le véhicule est le plus souvent mis en mode parking et la source de stockage électrochimique est mise en charge dans une base de données comprenant une table à deux séries d'entrées appariées, une première série d'entrées représentant les coordonnées géographiques des localisations finales et une seconde série d'entrées représentant les temps d'arrêt du véhicule associés aux localisations finales.
L'invention a encore pour objet un procédé dans lequel l'étape d'apprentissage comprend des sous-étapes de mise à jour des séries d'entrées stockées dans la table lorsque le véhicule atteint une localisation finale de mise en mode parking : - si les coordonnées géographiques de la localisation finale sont présentes dans la table, une mise à jour du temps d'arrêt associé à ces cordonnées est effectuée selon un mode de calcul préétabli : le nouveau temps passé à la localisation finale est additionné au temps passé précédemment stocké, ou le temps d'arrêt précédemment stocké et le nouveau temps d'arrêt sont comparés et le temps d'arrêt maximum à la localisation finale est conservée, ou le calcul de la valeur moyenne du temps d'arrêt passé précédemment stocké et du nouveau temps d'arrêt est effectué et la valeur moyenne de temps d'arrêt est conservée ; - si les coordonnées géographiques de la localisation finale ne sont présentes dans la table, une nouvelle paire d'entrées représentant, respectivement, ces coordonnées et le temps d'arrêt à la localisation est ajoutée dans la table.
L'invention a encore pour objet un procédé dans lequel, lors de la première étape d'apprentissage, les deux séries d'entrées appariées sont classées par valeurs de temps d'arrêt aux localisations finales.
L'invention a encore pour objet un procédé dans lequel la première étape d'apprentissage comprend la détermination de localisations potentielles de mise en mode parking du véhicule obtenue en balayant les séries d'entrées appariées de la table et en retenant n coordonnées géographiques de localisations finales associées aux temps d'arrêt les plus longs stockés dans la table, n étant un nombre prédéfini.
L'invention a encore pour objet un procédé dans lequel la première étape d'apprentissage comprend la détermination de localisations potentielles de mise en mode parking du véhicule obtenue en balayant les séries d'entrées appariées de la table et en retenant les coordonnées géographiques de localisations finales pour lesquelles le temps d'arrêt associé est supérieur à une durée m prédéfinie.
L'invention a encore pour objet un procédé dans lequel, le véhicule comprenant un système d'acquisition de coordonnées géographiques de type dit GPS, la deuxième étape d'apprentissage comprend l'enregistrement de données caractérisant des trajets réguliers du véhicule dit de routines et la consommation en énergie électrique associée à ces trajets, les données étant déterminées à partir de coordonnées géographiques acquises pendant ces trajets.
L'invention a encore pour objet un procédé dans lequel, le véhicule comprenant un système de navigation, la deuxième étape comprend l'enregistrement de données représentant des trajets exceptionnels du véhicule et la consommation en énergie électrique associée à ces trajets, les données étant déterminées à partir de données de trajets planifiés dans le système de navigation. L'invention va maintenant être décrite de façon plus détaillée en se référant aux dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 illustre schématiquement un exemple d'architecture de véhicule du type dit « Plug-in Hybrid » et des organes de commandes de la chaîne de traction hybride de ce véhicule comprenant un dispositif de gestion optimisée du niveau de charge électrique lors de la mise en charge de la source de stockage électrochimique embarquée dans le véhicule, selon un mode de réalisation préféré de l'invention ;
- la figure 2 illustre schématiquement un exemple d'architecture de véhicule électrique et ses organes de commandes de la chaîne de traction à moteur électrique de ce véhicule comprenant un dispositif de gestion optimisée du niveau de charge électrique lors de la mise en charge de la source de stockage électrochimique embarquée dans le véhicule, selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; et - la figure 3 est un organigramme illustrant schématiquement un mode d'apprentissage des coordonnées de destinations pour lesquelles un véhicule est mis en mode dit parking et des temps passés dans ce mode.
On va maintenant décrire les deux exemples d'architectures principales de véhicules visées par l'invention, une architecture de véhicule à chaîne de traction hybride, de type "Plug-in Hybrid", et une architecture de véhicule à chaîne de traction tout électrique, respectivement, par référence aux figures 1 et 2.
Sur ces figures, les éléments qui remplissent les mêmes fonctions portent les mêmes références et ne seront re-décrits qu'en tant que de besoin. La figure 1 illustre schématiquement un exemple d'architecture 1 de véhicule VH à chaîne de traction hybride, de type "Plug-in Hybrid".
On doit bien comprendre que les principaux organes, dispositifs et circuits représentés sur la figure 1 sont, en tout ou partie déjà présents sur de nombreux véhicules de conception moderne. Ils ne nécessitent pour la plupart aucune modification ou pour le moins que de modifications mineures. A titre d'exemple, des programmes enregistrés dans certains calculateurs devront seulement être adaptés pour accommoder les spécificités du procédé de l'invention, comme il le sera détaillé ci-après. Cette caractéristique représente d'ailleurs un avantage supplémentaire de l'invention. On a également représenté sur cette figure le moteur thermique MTH et le moteur électrique MTE du véhicule hybride VH.
On a enfin représenté, sur la figure 1 , les liaisons électriques de type données et de puissance reliant les différents modules et les liaisons mécaniques des moteurs, MTH et MTE, du véhicule VH. A priori, en soi, ces liaisons mécaniques et de puissance, la majorité des liaisons de données, ainsi que le fonctionnement des moteurs MTH et MTE, ne différent en rien de l'Art Connu. Il est donc inutile de les décrire plus avant. Seules seront explicitées les spécificités caractérisant le dispositif de l'invention.
De façon également connue en soi, un superviseur de chaîne de traction hybride 10 gère la contribution des moteurs thermique et électrique, MTH et MTE, respectivement, à la traction du véhicule VH. Pour ce faire le superviseur de chaîne de traction hybride 10 commande, d'une part, une unité de commande de moteur thermique 12, et, d'autre part, une unité de commande de moteur électrique 14. Cette dernière commande le moteur électrique MTE via un onduleur 13 alimenté par la batterie BAT.
Dans l'exemple décrit sur la figure 1 , le véhicule VH est doté d'un système de navigation 16 comprenant un système de navigation proprement dit 160 comportant habituellement un calculateur couplé à un dispositif d'affichage, par exemple un écran multifonction 17, via un module 15 appelé BSI (pour "Boîtier de Servitudes Intelligent"), constituant l'un des calculateurs du véhicule VH, et un dispositif de mesure de position 161 du type GPS. Le système de navigation 16 transmet au superviseur de chaîne de traction hybride 10, via le BSI 15, notamment les coordonnées géographiques de la position instantanée du véhicule VH calculées par le dispositif de mesure GPS 161.
De façon classique en soi, l'état de charge de la batterie BAT est mesuré et géré par un calculateur 11 , généralement appelé « BMS », couplé au superviseur de chaîne de traction hybride 10 pour lui fournir des données caractéristiques de cet état de charge que l'on appellera ci-après « SOC » (de l'abréviation anglo-saxonne couramment utilisée « State Of Charge »).
De façon plus spécifique, le véhicule VH de la figure 1 étant de type "Plug-in Hybrid", il est nécessaire de prévoir des organes permettant de recharger la batterie BAT par des moyens externes de génération d'énergie électrique. Il existe deux moyens principaux : des bornes de recharge rapide, référencées 180 sur la figure 1 , présentes dans certains lieux de parking, et/ou un réseau standard de distribution d'énergie électrique, référencé 191. Dans le premier cas, la batterie BAT peut-être branchée directement sur la borne de recharge rapide 180, par l'intermédiaire d'une prise 18 de configuration adaptée. Dans le second cas, on prévoit un chargeur embarqué 19 muni d'une prise 190, a priori de configuration classique.
Dans les deux cas, l'ordre de mise en charge de la batterie BAT est généré par le « BMS »11 et transmis à la borne de recharge rapide 180 ou au chargeur embarqué 19 via des liaisons de données (sous la référence unique 110). Les instructions véhiculées par les liaisons de données 110 initialisent la recharge de la batterie β>A7 et stoppent celle-ci lorsque la valeur du « SOC » de la batterie BAT atteint une valeur de consigne prédéterminée, soit, comme il a été précédemment rappelé, une valeur générée par calcul, soit une valeur saisie par l'utilisateur avant le début de la charge ou, encore, en cours de charge, par l'intermédiaire d'un clavier ou de tout organe de saisie de données approprié, soit enfin une valeur par défaut (par exemple une pleine charge).
Le mode de calcul d'une valeur de « SOC » optimisée sera détaillé ci-après. La figure 2 illustre schématiquement un exemple d'architecture 2 de véhicule électrique VE dont la chaîne de traction ne comporte qu'un ou plusieurs moteurs électriques MTE. La chaîne de traction électrique ne comporte donc plus de moteur thermique (figure 1 : MTH) et donc ne comporte plus de dispositif de commande de ce moteur (figure 1 : 12). Le superviseur de chaîne de commande électrique est désormais référencé 20.
A ces exceptions près, les organes constitutifs de cette architecture 2 sont semblables sinon identiques à ceux de l'architecture illustrée par la figure 1 et portent les mêmes références. Il est donc inutile de les re-décrire.
On va maintenant décrire de façon plus détaillée le fonctionnement du dispositif de gestion optimisée du niveau de charge électrique conforme à l'invention lors de la mise en charge de la batterie BAT.
Dans tous les cas (architecture de la figure 1 : véhicule VH de type "Plug-in Hybrid" ou architecture de la figure 2 : véhicule tout électrique VE), la gestion optimisée du niveau de charge est réalisée selon le même mode opératoire, caractéristique du procédé selon l'invention.
Lorsque le véhicule atteint un lieu repéré par le dispositif de localisation GPS 161 , identifié par le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, selon le type véhicule, VH ou VE, (ou, en fonction d'un choix technologique à la portée de l'Homme de Métier, par le « BSI » 15) comme étant un lieu de mise en charge fréquente de la batterie BAT, le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, à partir de paramètres de types d'utilisation acquis par un apprentissage permanent, définissant des profils d'utilisation caractéristiques du véhicule (par exemple une utilisation journalière), stockés en mémoire, détermine l'énergie juste nécessaire pour couvrir les besoins en énergie électrique dont le véhicule aura besoin à la suite de cette charge. Ce besoin en énergie implique, en fonction du « SOC » résiduel de la batterie BAT, et en tant que de besoin, une recharge de cette batterie jusqu'à une valeur de « SOC » prédéterminée. Le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, traduit ce niveau d'état de charge en autonomie disponible pour l'utilisateur, ce qui constitue une information « plus parlante » pour celui-ci.
Le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, transmet cette donnée au « BSI » 11 qui génère un message à destination de l'utilisateur, par exemple par l'intermédiaire de l'écran multifonction 17. Le message affiché a pour objet de proposer à l'utilisateur de charger son véhicule, VH ou VE, jusqu'à un état de charge permettant d'obtenir le niveau d'autonomie calculé et qui constitue un niveau optimisé, minimisant l'impact des recharges sur le vieillissement de la batterie BAT.
L'utilisateur acquitte la consigne affichée sur l'écran 17 s'il est d'accord avec cette proposition ou, au contraire, saisit une valeur différente d'autonomie souhaitée en tout électrique en fin de charge, par exemple à l'aide d'un clavier 170 ou de tout autre organe de saisie de données. Les données saisies directement sur le clavier 170 ou en pointant à l'aide de cet organe une valeur parmi une liste de valeurs pré-affichées sur l'écran 17. L'écran 17 peut être de type tactile. Il suffit alors d'appuyer avec le doigt ou un stylet sur une zone de l'écran 17 pour saisir une valeur d'autonomie ou de taux de charge. Il s'agit d'une opération optionnelle. En effet, dans une variante de réalisation, et par défaut, si par exemple l'utilisateur ignore le message affiché sur l'écran pendant un intervalle de temps prédéterminé, le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, peut commander un état de charge de 100%. Dans tous les cas, l'information est communiquée au superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, via le « BSI » 15 qui la transmet à son tour au « BMS » 11. Ce dernier calculateur 11 la convertit, par exemple, en une instruction représentant la quantité d'électricité souhaitée en fin de charge pour obtenir l'autonomie souhaitée et la transmet à l'organe de connexion 18 ou au chargeur embarqué 19, sur l'une des liaisons de données 1 10. La charge de la batterie BAT se déclenche par exemple à la fermeture de la trappe de mise en charge, lorsque la prise 190 du chargeur embarqué 19 est connectée au réseau 191 ou lorsque la prise 18 est connectée sur la borne de charge rapide 180. II existe deux possibilités principales de gestion de la quantité d'énergie électrique à charger dans la batterie BAT :
1 . Si l'état de charge de la batterie BAT, lors de la mise en charge et donc sa capacité résiduelle est connue, le « BMS » 1 1 calcule la quantité d'électricité nécessaire à charger dans la batterie BAT pour atteindre l'autonomie souhaitée en fin de charge. Pour ce faire, le « BMS » 1 1 mesure la quantité d'Ampères-heures chargés et stoppe la charge en transmettant une instruction appropriée au chargeur embarqué 19 ou à la borne de recharge 18/180 lorsque la quantité d'électricité précitée est atteinte, ce qui correspond à « SOC » optimisé.
2. En variante, le « BMS » 1 1 convertit la valeur de « SOC » souhaitée en fin de charge en une valeur limite de tension de coupure de charge de la batterie BAT qu'il transmet au chargeur embarqué 19 ou à la borne de recharge rapide 18/180. Ce mode opératoire suppose la disponibilité d'un abaque « Tension/Etat » de charge préalablement enregistré dans une mémoire du « BMS » 1 1 .
Dans les deux cas, les instructions sont véhiculées par l'une ou l'autre des liaisons de données 1 10.
Dans un mode de réalisation préféré, le « BMS » 1 1 est doté de la possibilité de recaler l'état de charge « SOC » en fonction du vieillissement de la batterie BAT. Il est donc nécessaire qu'à tout instant t, de la durée de vie de la batterie BAT, le « BMS » 1 1 connaisse les pertes de capacité de la batterie pleinement déchargée BAT par rapport à sa capacité pleinement déchargée lorsqu'elle est neuve, c'est-à-dire à l'instant t0 de mise en fonction. Bien qu'il ait été supposé implicitement, sur les figures 1 et 2, que le système de navigation 160 et le système GPS 161 soient du type dit « embarqué », un système autonome de mesure de position peut aussi être utilisé. De nombreux systèmes de ce type sont disponibles sur le marché (téléphone portable muni d'un système GPS, système GPS nomade, etc.). Par contre, il est nécessaire que le système autonome de mesure de la position GPS du véhicule puisse être connecté au véhicule, VH ou VE, par tout moyen classique (liaison radio au protocole « bluetooth », connecteur « USB », etc.), les informations de position GPS devant être transmises obligatoirement à un des calculateurs du véhicule, le « BSI » 11 ou le superviseur de chaîne de traction 10 ou 20, par exemple.
Le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, (ou le « BSI » 11 dans une variante de réalisation) stocke en mémoire les localisations où le véhicule, VH ou VE, est mis en mode parking et la batterie BAT m\se en charge, soit par connexion au réseau 191 , soit par l'intermédiaire d'une borne de recharge 180. Le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, identifie, en recourant à un algorithme d'apprentissage, les positions où la mise en charge de la batterie BAT est la plus fréquente.
Le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, ou le calculateur « BSI » 11 enregistre certaines caractéristiques d'utilisation pendant des tranches de temps prédéfinies, par exemple le kilométrage journalier, l'autonomie journalière, le besoin en énergie journalière, la consommation moyenne/km pour chaque jour de la semaine. Naturellement, d'autres profils caractéristiques de l'utilisation du véhicule peuvent faire l'objet d'un apprentissage et d'un enregistrement en mémoire.
L'expérience montre que, typiquement, dans plus de 80% des cas, les véhicules présentent un profil d'utilisation très semblable, sinon identique, pour chaque jour de la semaine. Par exemple, si ce profil est chiffré en énergie électrique consommée journalière, ce profil se répète de semaines en semaines. Par conséquent, au fur et à mesure du temps, le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, acquière une bonne connaissance de l'utilisation du véhicule pour chaque jour de la semaine et donc de l'énergie électrique nécessaire pour chaque jour. Pour ce faire, on implémente dans le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, un algorithme d'apprentissage qui permet de déterminer pour chaque jour de la semaine les consommations d'énergie électrique les plus fréquentes. Il affecte alors à chaque jour une énergie électrique nécessaire pour l'autonomie du véhicule. II est possible éventuellement de déterminer, à la fois, des caractéristiques d'utilisation telles que, par exemple, l'énergie électrique consommée dans une tranche temporelle correspondant, toujours par exemple, à une durée journalière, mais aussi dans une sous-tranche temporelle plus courte, par exemple horaire. L'algorithme d'apprentissage précité permet de déterminer pour chaque sous-tranche temporelle (par exemple horaire) et chaque tranche temporelle (par exemple journalière), les consommations d'énergie électrique les plus fréquentes. Il affecte alors à chaque sous-tranche temporelle et chaque tranche temporelle une énergie électrique consommée et donc une énergie électrique nécessaire à recharger. Pour fixer les idées, il est utile de noter que le rendement énergétique de la charge est naturellement inférieur à l'unité mais voisin de 90% pour une charge en 8 H d'une batterie en technologie Li-ion.
Lorsque le véhicule arrive à une localisation de mise en mode parking où il est remis fréquemment en charge, le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, détermine quelle quantité d'énergie électrique lui est nécessaire pour le mode roulage dans la tranche temporelle suivante, ce à partir des données de consommation les plus fréquentes sur cette tranche temporelle acquises par apprentissage permanent et conservée en mémoire.
Le calculateur « BSI » 11 génère alors un message transmis à l'écran multifonction 17 pour affichage. Ce message informe l'utilisateur de la valeur de charge permettant une autonomie disponible pour couvrir les besoins d'utilisation sur la tranche temporelle définie.
Comme il a été rappelé, l'utilisateur se voit offrir les deux options principales suivantes :
1. valider l'autonomie proposée ; ou
2. choisir une autonomie différente, par exemple par saisie directe d'une valeur par l'intermédiaire du clavier 170, d'une télécommande (non représentée), d'un système à reconnaissance vocale (non représenté), ou par appui sur une zone de l'écran 17, s'il s'agit d'un écran tactile.
Par défaut, en cas de non réponse de l'utilisateur dans un délai fixé ou au début de la charge (par exemple sur détection de la fermeture de la trappe de mise en charge sur une borne de charge rapide), une pleine charge (état de charge égal à 100%) est automatiquement effectuée. Dans le cas du choix "2." précité, si l'autonomie proposée par le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, ne correspond pas au besoin de l'utilisateur, au lieu que celui-ci saisisse directement une valeur d'autonomie, le superviseur peut proposer, par l'intermédiaire du « BSI » 11 , une liste de choix affichée sur l'écran multifonction 17, par exemple quatre niveaux d'autonomie : petite autonomie, moyenne autonomie, grande autonomie et très grande autonomie, comme définit ci-dessous, toujours à titre d'exemple et pour fixer les idées :
- "petite autonomie" correspondant par exemple à 40% de la plage de fonctionnement de la batterie, ce qui représente, si la batterie offre une autonomie de 200 km à pleine charge, une autonomie de 80 km ;
- "moyenne autonomie" correspondant par exemple à 50% de la plage de fonctionnement de la batterie, ce qui représente, dans les mêmes conditions d'utilisation, une autonomie de 100 km ; - "grande autonomie" correspondant par exemple à 70% de la plage de fonctionnement de la batterie, ce qui représente, dans les mêmes conditions d'utilisation, une autonomie de 140 km ; et
- "très grande autonomie" correspondant à 100% de la plage de fonctionnement de la batterie, ce qui représente, dans les mêmes conditions d'utilisation, une autonomie de 200 km.
Dans une autre variante de réalisation, le calcul de la charge nécessaire pour la prochaine tranche temporelle prend en compte une réserve en énergie paramétrable par l'utilisateur. L'utilisateur paramètre alors sa réserve en énergie exprimée en km. Cette réserve permet de palier à tous les impondérables qui peuvent surgir dans la tranche temporelle suivante, comme un détour engendrant un surcroît de kilomètres parcourus par rapport à la distance prévue.
Dans une autre variante de réalisation encore, le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, prend en compte des jours et des créneaux horaires conformes à des souhaits particuliers de l'utilisateur, par exemple pour bénéficier d'avantages tarifaires lors de la recharge de la batterie du véhicule (horaires de nuit, etc.). Selon cette variante de réalisation, le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, définit des tranches temporelles et sous-tranches temporelles en fonction des souhaits de l'utilisateur, et détermine sur ces tranches temporelles et sous-tranches temporelles, l'énergie électrique consommée ou nécessaire à recharger. Dans une autre variante de réalisation encore, au cours de la charge, l'utilisateur peut modifier l'autonomie souhaitée qui est transformée en état de charge de coupure par le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20.
Dans une autre variante de réalisation encore, la gestion est réalisée de façon entièrement automatique. Pour ce faire, le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, fait appel à des algorithmes d'optimisation de l'état de charge de la batterie tout au long de sa durée de vie, en prenant en compte l'utilisation du véhicule après une phase d'apprentissage. Le système guide alors l'utilisateur dans les phases de recharges. Le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, demande à l'utilisateur de connecter le véhicule, soit au réseau, soit à une borne de recharge rapide lorsque le superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, estime que cette recharge devient nécessaire.
Cependant, l'utilisateur conserve à tout moment la possibilité de repasser en mode manuel de façon à imposer un niveau d'état de charge lors de la prochaine recharge. Dans une autre variante de réalisation encore, l'utilisateur paramètre lui-même les créneaux horaires pendant lesquels il souhaite que la recharge de la batterie se fasse pour bénéficier des avantages tarifaires précités.
Dans une autre variante de réalisation encore, l'utilisateur conserve la possibilité de saisir les jours et les créneaux horaires pendant lesquels il souhaite que la recharge se fasse.
Par ailleurs le dispositif de gestion optimisée du niveau de charge électrique de la batterie conforme à l'invention doit être en mesure de se désactiver de lui-même s'il détecte que le trajet en cours ne correspond pas à un profil connu (par exemple trop éloigné des profils connus), néanmoins le trajet devra être conservé dans le cadre du processus d'apprentissage permanent, si ce dernier devait par la suite s'avérer devenir routinier. Une autre fonctionnalité permise par l'invention consiste à coupler le dispositif de gestion optimisée du niveau de charge électrique de la batterie à la fonction guidage de la navigation 160 : dans ce cas, la planification d'un trajet par l'utilisateur permet au superviseur de chaîne de traction, 10 ou 20, de prendre en compte le trajet en cours, plutôt que les trajets habituels ou réguliers. L'intérêt de ce mode opératoire est de permettre au dispositif selon l'invention d'optimiser le niveau de charge dans le cas de trajets exceptionnels (préparation à des voyages par exemple) au même titre qu'il le fait pour les trajets routiniers (appris par le dispositif au cours du temps). On va maintenant expliciter de façon plus détaillée le processus de gestion de la position du véhicule par GPS (figures 1 et 2 : 16/160/161 ), c'est- à-dire la géolocalisation du véhicule par acquisition de ses coordonnées géographiques sur une carte terrestre.
Il y existe trois sources principales possibles pour obtenir cette position GPS :
- un système de navigation GPS 161 embarqué associé à des capteurs de type proprioceptif (odométrie, angle du volant, vitesse du véhicule, ...) : un tel système est particulièrement apte à fournir des informations de position très précises ; - un système de navigation GPS embarqué ou déporté (de type appareil nomade) : un tel système fournit des informations de position avec une bonne précision, suffisante pour l'application envisagée par l'invention ; ou
- un dispositif nomade connecté disposant d'un accès GSM (par exemple un téléphone portable ou tout appareil similaire avec fonction GPS connectable au réseau d'information du véhicule VH ou VE) : un tel système fournit des informations de position de précision relativement faible (typiquement un rayon d'environ 2 km), mais également suffisante pour l'application envisagée par l'invention.
D'un point de vue fonctionnel, on peut distinguer trois organes principaux présents sur le véhicule VH ou VE : - l'organe disposant de la fonctionnalité "navigation" que l'on désignera ci-après par le terme générique "NAVIGATION" (figures 1 ou 2 : système de navigation 16) ;
- l'organe assurant le pilotage des fonctions de traction hybrides qui a été désigné par le terme " superviseur de chaîne de traction " (figure 1 : 10 ou 2 : 20) ; et
- l'organe assurant la coordination des fonctions générales du véhicule et la gestion des échanges que l'on a désigné par le terme "BSI" (figures 1 ou 2 : 15). On va maintenant expliciter le processus d'apprentissage implémenté dans un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant plus particulièrement à l'organigramme illustré par la figure 3.
Un premier comparateur 30 détermine si le moteur est démarré. On doit entendre par "moteur", la chaîne hybride de traction. Si le résultat de la comparaison est négatif (branche [NON]), l'heure courante (données d'horodatage) reçue d'une horloge embarquée HC et les coordonnées géographiques de la dernière position connue du véhicule, VH ou VE, sont sauvegardées dans des premiers moyens de mémoire 31. Si le résultat de la comparaison est positif (branche [OUI]), un deuxième comparateur 33 détermine si la position GPS du véhicule, VH ou VE, est disponible ou non. Si le résultat de la comparaison est positif (branche [OUI]), la nouvelle position GPS est enregistrée dans des deuxièmes moyens de mémoire 34, en lieu et place de la précédente position enregistrée. Si le résultat de la comparaison est négatif (branche [NON]), on procède à un rebouclage sur le comparateur 30 pour une nouvelle comparaison. Les moyens de mémoire 34 reçoivent les informations de coordonnées géographiques délivrées par le système GPS référencé GPS sur la figure 3 (par exemple le système 161 de la figure 1 ). Les moyens de mémoire 34 sont connectés à une première base de données 32 enregistrant la dernière position connue. Cette base de données 32 est elle- même connectée aux premiers moyens de mémoire 31. Les données enregistrées dans ces moyens de mémoire 31 sont transmis, d'une part à une deuxième base de données 35 enregistrant la position du véhicule VH et l'heure, et, d'autre part à un troisième comparateur 37 qui détermine si le moteur est démarré. Si le résultat de la comparaison est positif (branche [OUI]), un organe de calcul 36 est actionné. Celui-ci calcule le temps d'arrêt du véhicule à partir des données enregistrées dans la base de données 35 et de l'heure courante fournie par l'horloge HC. Les résultats des calculs sont transmis à un module 38 qui les compare avec des liste existantes de temps d'arrêt et de position de véhicule correspondant à ces arrêts, met à jour ces listes et écrits les résultats de ces opérations dans des tables, notamment dans une troisième base de données 39 enregistrant les temps d'arrêt. Dans le cas contraire, si le résultat de la comparaison effectuée par le comparateur 37 est négatif (branche [NON]), on procède à un rebouclage itératif sur son entrée et une nouvelle comparaison est effectuée.
On doit bien comprendre que les différents modules de la figure 3, notamment les moyens de mémoire, les bases de données et les modules de calcul, bien que représentés séparés peuvent être regroupés en tout ou partie dans un seul ensemble électronique. Il peut s'agir de circuits électroniques "matériels", ou, pour une partie au moins (fonctions comparateurs, modules de calcul, adressage des moyens de mémoire, etc.), d'un calculateur numérique à programme enregistré. Un exemple de structure de base de données enregistrant les temps d'arrêt et les coordonnées géographiques des positions de véhicule correspondantes est illustré par la "TABLE I" placée en fin de la présente description. Pour fixer les idées, on a représenté dans cette "TABLE I" trois paires "temps d'arrêt - positions" référencées "P1 - T1", "P2 - T2" et "P1 - T1", / étant un nombre arbitraire.
Il existe deux possibilités principales pour sauvegarder une durée associée à une position finale (mode parking) du véhicule donnée. Lorsqu'une position Pz et une heure Tz de mise en mode parking sont acquises par le dispositif de l'invention, la "TABLE I" est lue : - si la position Pz existe déjà (par exemple Pz = P1) : on additionne les temps (dans ce cas T1 devient T1 = T1 + Tz), ou on conserve le temps maximum (dans ce cas T1 devient T1 = max[T, + T1]), ou encore on effectue la moyenne entre T1 et Tz, et on conserve cette valeur moyenne (dans ce cas T1 devient T1 = moyenne[T, + Tz]), ce selon la stratégie adoptée ; ou
- si la position Pz n'est pas connue (elle n'est pas enregistrée dans la "TABLE I"), on ajoute une nouvelle ligne "Pz - T " dans la "TABLE I". Le traitement permettant d'identifier les lieux Pz de mise en mode parking peut être réalisé selon plusieurs méthodes, selon la stratégie adoptée :
1 . les positions Pz peuvent être classées en fonction des temps d'arrêt du véhicule, VH ou VE ; ou
2. les lieux de mise en mode parking potentiels du véhicule, VH ou VE, peuvent être sélectionnés comme étant :
- soit les n lieux répertoriés dans la "TABLE I" où ce véhicule s'est arrêté le plus longtemps, n étant un nombre prédéterminé ; ou
- soit les lieux où le véhicule s'est arrêté plus de m minutes ou tout autre unité de temps, avec m également une valeur prédéterminée. Les valeurs m et n peuvent être fixées une fois pour toute pour une application donnée et enregistrées dans des moyens de mémoire (par exemple une mémoire à lecture seule de type dit R. O. M.), ou au contraire être variables, par exemple mis à jour en même temps que les programmes de gestion du système de navigation, voire saisis par l'utilisateur du véhicule (clavier, etc.). D'une part, le procédé selon l'invention met en oeuvre un premier processus d'apprentissage qui permet la mémorisation des lieux de mise en mode parking et des durées d'immobilisation du véhicule dans ces lieux, selon divers modes opératoires, dont certains on été détaillés ci-dessus.
D'autre part, le procédé met en œuvre un second processus d'apprentissage qui permet la mémorisation de profils caractérisant une utilisation typique du véhicule dans des tranches temporelles prédéterminées en ce qui concerne ses dépenses d'énergie électrique et corrélativement les besoins de charge en énergie électrique de la batterie pour ces tranches temporelles. En combinant les données issues de ces deux apprentissages par des moyens de calculs présents dans le véhicule, VH ou VE, le procédé selon l'invention permet l'élaboration de valeurs d'états de charge permettant une gestion optimisée des mises en charges successives de la batterie BAT à l'aide de moyens externes de fourniture d'énergie électrique. Ces charges permettent une autonomie suffisante pour réaliser les trajets prévus à la suite de celles-ci en toute sécurité, ce en tenant compte des profils d'utilisation obtenus par le second processus d'apprentissage précité.
Les valeurs d'états de charge sont transmises à des organes d'affichage pour susciter une action de l'utilisateur. Si l'utilisateur accepte ces valeurs d'état de charge, celles-ci sont alors transmises à des moyens de commande de la mise en charge de la batterie pour obtenir une charge respectant la consigne reçue. Dans le cas contraire, l'utilisateur peut saisir lui- même des valeurs d'état de charge ou d'autonomie du véhicule distinctes de celles proposées. Par défaut, si l'utilisateur ne réagit pas, par exemple à l'issue d'un intervalle temps prédéterminé, une charge complète de la batterie peut être réalisée. Le procédé de gestion optimisée du niveau de charge électrique selon l'invention permet de minimiser l'impact négatif des charges successives sur la durée de vie de la batterie et de maintenir ses performances en termes d'énergie et de puissance disponible à un haut niveau tout au long de sa durée de vie. Pour fixer les idées, on a reporté dans la "TABLE II" placée en fin de la présente description des exemples typiques de durées de vie en fonction de la température (en ° C) et de l'état de charge (SOC en %) de stockage d'un modèle de batterie lithium-ion couramment disponible sur le marché.
On constate que la durée de vie de cette batterie décroît fortement, d'une part, si le SOC augmente, et, d'autre part, à SOC donné, si la température augmente. En outre, la pratique montre que cette durée de vie reste pratiquement constante pour un SOC inférieur à 50 %.
Dans le cadre de l'invention, on s'intéresse plus particulièrement à la gestion optimisée de l'état de charge de la batterie. Aussi, toujours pour fixer les idées, on va considérer un exemple particulier de température de batterie à 25 0C, étant entendu que les résultats obtenus, en ce qui concerne les variations de durées de vie de batterie, seraient similaires pour d'autres températures de batterie.
Il ressort de la "TABLE II" que la durée de vie calendaire est de
17,7 ans à 25°C. On définit un paramètre caractérisant la perte de capacité énergétique de la batterie que l'on appellera ci-après "coefficient d'endommagement de la batterie". On définit ce coefficient arbitrairement égal à 1 pour un SOC = 50% et une température de 25 0C.
La "TABLE III" placée en fin de la présente description illustre les variations du coefficient d'endommagement de la batterie en fonction du SOC, de la batterie à température constante égale à 25 0C. On constate une très forte augmentation du coefficient d'endommagement lorsque l'état de charge SOC moyen de la batterie varie de 50 à 100%, sensiblement dans un rapport de 1 à 7.
Généralement; en dessous de SOC = 50%, l'effet de l'état de charge ne se fait pas sentir et la durée de vie de la batterie est la même qu'à 50%.
Pour fixer les idées et montrer plus concrètement les avantages du procédé selon l'invention, on va considérer les hypothèses précisées ci- dessous.
Le véhicule est muni d'une batterie de 80 cellules lithium, chacune de tension nominale 3,5 V et de capacité 80Ah (énergie totale 22 kWh). La consommation moyenne du véhicule est supposée être égale à 150 Wh/km. L'autonomie de ce véhicule est typiquement de 150 km.
Chaque jour travaillé de la semaine, l'utilisateur effectue un premier parcours de 15 Km pour se rendre de son domicile à son travail et laisse son véhicule pendant 9 H en mode parking. Il effectue un deuxième parcours également de 15 Km pour le retour à son domicile.
On suppose d'autre part que le profil d'utilisation du véhicule est le même le samedi et le dimanche.
On retient l'hypothèse qu'environ 1 heure soit nécessaire lors de la recharge par tranche de 10% d'état de charge.
On suppose que la température de la batterie en mode roulage, en mode parking et en mode charge est de 25°C. Dans cet exemple, on va comparer l'endommagement de la batterie dû à l'état de charge lorsque le procédé conforme à l'invention est mis en œuvre avec l'endommagement dû à l'état de charge ce procédé n'est pas mis en œuvre, ce qui est le cas pour les véhicules de type "Plug-in Hybrid" et véhicules tout électrique de l'art connu. La tranche temporelle retenue dans l'exemple est la journée.
Conformément à une des caractéristiques importantes du procédé selon l'invention, la batterie est rechargée un état de charge maximal de 50 %, ce qui correspond à une autonomie dans l'exemple retenu de 75 Km, autonomie largement suffisante pour l'utilisation qui est faite du véhicule électrique dans l'exemple retenu. Dans l'Art Connu, la plupart du temps les utilisateurs recharge la batterie du véhicule à pleine charge (état de charge égal à 100%) à leur domicile, immédiatement après utilisation.
Lorsque aucune stratégie d'optimisation de l'état de charge de la batterie n'est mise en œuvre, la table IV, placée en fin de la présente description, illustre synthétiquement un exemple typique de répartition des états de charge SOC (première colonne) de la batterie sur une semaine, en heures (deuxième colonne) et en % (troisième colonne). On constate que les états de charges moyens se répartissent dans la plage 80 - 100 %, la batterie étant chargée à 100% pendant plus de la moitié du temps (54%) et à 90% ou plus pendant 92% du temps, ce qui à l'évidence a un impact très défavorable sur la durée de vie de la batterie.
On va se reporter de nouveau à la TABLE III qui illustre les coefficients d'endommagement calculés à 25°C, le coefficient 1 correspondant à une durée de vie de 17,7 ans.
On peut calculer un coefficient d'endommagement moyen à partir des coefficients d'endommagement de la "TABLE III" en les pondérant par le pourcentage des heures passées à chaque tranche de SOC. On en déduit un coefficient d'endommagement moyen de la batterie KSs sans stratégie de gestion de l'état de charge de la batterie :
Kss = 0,54 * 6,8 + 0,39 * 5,5 + 0,08 * 4,1 = 6,15. II s'ensuit, que dans l'exemple retenu, que la durée de vie de la batterie diminue d'un facteur 6,15. Elle passe donc d'une durée de vie égale 17,7 ans à une durée de vie égale à 2,8 ans (le coefficient 1 correspondant à une durée de vie de 17,7 ans à 25°C et à un SOC = 50%), ce qui représente une dégradation très importante.
On considère maintenant qu'une stratégie de gestion de l'état de charge de la batterie conforme au procédé de l'invention est mise en œuvre, cette stratégie consistant, selon une caractéristique importante de l'invention, à ne recharger la batterie que d'une quantité d'énergie électrique, certes suffisante pour obtenir une autonomie appréciable par rapport à l'utilisation du véhicule prévisible après la charge, mais en permettant à la batterie de ne travailler que sur une plage d'états de charge qui dégradent le moins possible ces performance et sa durée de vie.
On va supposer ci-après que l'utilisateur accepte que le dispositif de gestion de l'état de charge conforme à l'invention coupe la charge de la batterie lorsque l'état de charge atteint la valeur maximale de 50% (suite à l'affichage d'un message sur l'organe d'affichage multifonction, par exemple) ou qu'il saisisse lui-même cette valeur maximale d'état de charge, ce qui procure alors au véhicule une autonomie de 75 Km dans l'exemple considéré. La TABLE V, placée en fin de la présente description, illustre synthétiquement un exemple typique de répartition des états de charge SOC (première colonne) de la batterie sur une semaine, en heures (deuxième colonne) et en % (troisième colonne) lorsqu'une stratégie de gestion de l'état de charge de la batterie conforme à l'invention est mise en ouvre, pour l'exemple considéré ci-dessus. On constate que, dans cette hypothèse, la totalité des états de charges moyens se répartissent dans la plage 40 - 50 %, respectivement 91 H à 50% (soit 54% du temps) et 77 H à 40% (soit 46% du temps).
Il s'ensuit que, si on applique la stratégie de gestion de l'état de charge de la batterie qui vient d'être décrite, dans un exemple particulier, le coefficient d'endommagement moyen KAS de cette batterie, calculé à partir des valeurs de la "TABLE V", obtenu comme précédemment en pondérant du pourcentage des heures passées à chaque tranche de SOC, devient :
KAS = 0,54 * 1 + 0,46 * 1 = 1
On doit bien comprendre que le coefficient d'endommagement à 40% a été majoré en le rendant égal 1 , c'est-à-dire la même valeur qu'à 50%, alors qu'il doit être en réalité inférieur. Malgré cette hypothèse défavorable, le coefficient d'endommagement moyen KAS est égal à l'unité, ce qui signifie que la durée de vie de la batterie reste égale à 17,7 ans dans l'exemple décrit.
Le rapport RESSAS des coefficients d'endommagement de la batterie, avec et sans stratégie est donc RESSAS = 6,15/ 1 = 6,15
.Le rapport RESSAS permet de calculer le gain apporté à la durée de vie de la batterie par la stratégie gestion de l'état de charge de cette batterie mise en œuvre conformément au procédé de l'invention.
Dans l'exemple décrit, la durée de vie est de 17,7 ans avec cette stratégie de gestion d'état de charge alors qu'elle n'était plus que 2,8 ans sans stratégie.
On vient de montrer l'intérêt du procédé qui augmente très sensiblement la durée de vie d'une batterie dont la température moyenne de fonctionnement était de 25 0C. L'expérience montre que, quelle que soit sa température de fonctionnement, le rapport RESSAS précité reste du même ordre de grandeur.
A la lecture de ce qui précède, on constate aisément que l'invention atteint bien les buts qu'elle s'est fixée.
L'invention présente de nombreux avantages qui ont été précédemment énumérés et qu'il est inutile de rappeler en totalité. Le système permet notamment, tout à la fois, d'augmenter la durée de vie d'une batterie sans nécessiter de surdimensionnement de ses capacités énergétiques pour qu'elle puisse répondre à un cahier de charge préétabli pendant toute la durée de vie du véhicule. Cette caractéristique est obtenue en mettant en œuvre une stratégie de gestion optimisée de l'état de charge de la batterie, de façon plus générale d'une source de stockage électrochimique embarquée dans un véhicule hybride, sans nécessiter des modifications importantes des systèmes de commande de la chaîne de traction hybride (véhicule de type "Plug-in Hybrid") ou de la chaîne de traction électrique (véhicule tout électrique), ce qui autorise le recours à des technologies bien connues en soi. Dans un mode de réalisation préféré, tout ou partie des circuits matériels auxquels il est fait recours est généralement déjà présente dans les véhicules de conception modernes et les modifications nécessitées par la mise en ouvre du procédé selon l'invention se résument essentiellement à la modification de logiciels de programmation de calculateurs embarqués. L'invention n'est toutefois pas limitée aux seuls modes de réalisation et applications explicitement décrites en regard des figures 1 à 3.
De même, des exemples numériques précis n'ont été donnés que pour mieux mettre en évidence les caractéristiques essentielles de l'invention et ne résultent que d'un choix technologique, en soi à la portée de l'Homme de Métier. Ils ne sauraient limiter de quelle que manière que ce soit la portée de l'invention.
TABLE I
TABLE II
TABLE III
TABLE IV TABLE V

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de gestion de l'état de charge d'une source de stockage électrochimique embarquée dans un véhicule comprenant au moins un moteur électrique constituant une chaîne de traction, des moyens de géolocalisation de la position instantanée du véhicule, des moyens de mesure de l'état de charge de la source de stockage électrochimique et des moyens de connexion à un organe externe de fourniture d'énergie électrique pour recharger la source de stockage électrochimique, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens de calcul couplés aux moyens de géolocalisation pour l'acquisition des coordonnées géographiques (161 ) de localisations dites finales dans lesquelles le véhicule (VH, VE) est mis en mode dit parking et la source de stockage électrochimique {BAT) est mise en charge, des deuxièmes moyens de calcul générant des données de consommation en énergie électrique du véhicule lors de trajets successifs en mode dit de roulage, des premiers moyens d'apprentissage (10, 20) stockant dans des premiers moyens de mémoire des séries de données représentant des coordonnées de localisations finales répondant à des critères prédéterminés (39), des deuxièmes moyens d'apprentissage (10, 20) pour stocker dans des deuxièmes moyens de mémoire des deuxièmes séries de données représentant des trajets effectués par le véhicule (VH, VE) en mode dit de roulage et la consommation en énergie électrique associée à ces trajets, de façon à générer des profils d'utilisation caractéristiques du véhicule (VH, VE) pendant des périodes de temps prédéterminées, des troisièmes moyens de calcul combinant les premières et deuxièmes séries de données pour déterminer, lorsque le véhicule (VH, VE) atteint une localisation finale de mise en charge de la source de stockage électrochimique, une valeur de taux de charge minimum couvrant des besoins en énergie électrique assurant une autonomie suffisante du véhicule (VH, VE) pour une utilisation prévisible de ce véhicule après la charge de la source de stockage électrochimique (BAT), et des moyens de commande des moyens de connexion (18, 19, 190) à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique (180, 191 ) pour charger la source de stockage électrochimique (BAT) jusqu'à une valeur de taux de charge prédéterminée.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'affichage (17) de la valeur de taux de charge minimum, des moyens de saisie de données (170), de façon à ce qu'un utilisateur du véhicule puisse saisir des données signifiant l'acceptation de cette valeur de taux de charge minimum ou des données représentant une valeur de taux de charge distincte, et des moyens de transmission (15) de ces données aux moyens de commande (1 1 ) des moyens de connexion (18, 19, 190) à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique (180, 191 ) pour charger la source de stockage électrochimique {BAT) à une valeur correspondant au taux de charge minimum calculé ou au taux de charge saisi par l'utilisateur.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'affichage comprennent un écran d'affichage multifonction (17) et les moyens de saisie de données comprennent un clavier (170).
4. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les premiers moyens de mémoire (39) comprennent une base de données comprenant une table à deux séries d'entrées, une première série d'entrées représentant les coordonnées géographiques des localisations finales atteintes par le véhicule (VH, VE) dans lesquelles le véhicule est mis en mode dit parking et la source de stockage électrochimique {BAT) est mise en charge et une seconde série d'entrées représentant les temps d'arrêt du véhicule (VH, VE) aux localisations finales et des moyens (38) pour mettre à jour cette table.
5. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de géolocalisation de la position instantanée du véhicule comprennent un système d'acquisition de coordonnées géographiques de type dit GPS (161 ) et en ce que les deuxièmes moyens d'apprentissage (10, 20) stockent des données caractérisant des trajets réguliers du véhicule (VH, VE) dit de routines et la consommation en énergie électrique associée à ces trajets, les données étant déterminées à partir de coordonnées géographiques acquises pendant les trajets.
6. Dispositif selon la revendication 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de géolocalisation de la position instantanée du véhicule (VH, VE) comprennent un système de navigation (160) et en ce que les deuxièmes moyens d'apprentissage (10, 20) stockent des données représentant des trajets exceptionnels du véhicule (VH, VE) et la consommation en énergie électrique associée à ces trajets, les données étant déterminées à partir de données de trajets planifiés dans le système de navigation (160).
7. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le véhicule (VH, VE) comprend des moyens de commande de la chaîne de traction comprenant un calculateur dit "superviseur de chaîne de traction" (10, 20) et en ce que ce calculateur intègre les premiers à troisièmes moyens de calculs.
8. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le véhicule comprend un calculateur dit "Boîtier de Servitudes Intelligent" (15) et en ce que ce calculateur intègre les premiers à troisièmes moyens de calculs.
9. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le véhicule (VE) est un véhicule du type dit tout électrique dont la chaîne de traction comprend au moins un moteur électrique (MTE).
10. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le véhicule est un véhicule hybride (VH) du type dit "Plug-in
Hybrid" dont la chaîne de traction comprend au moins un moteur électrique (MTE) et un moteur thermique (MTH).
1 1. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'organe externe de fourniture d'énergie électrique pour recharger la source de stockage électrochimique {BAT) est une borne de recharge rapide (180) fournissant une tension continue pour charger la source de stockage électrochimique {BAT) au taux de charge prédéterminé.
12. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'organe externe de fourniture d'énergie électrique pour recharger la source de stockage électrochimique est un réseau domestique (191 ) fournissant une tension alternative et en ce que le véhicule (VH, VE) comprend un chargeur embarqué (19) de la source de stockage électrochimique {BAT) destiné à être branché sur le réseau domestique (191 ) pour charger la source de stockage électrochimique {BAT) au taux de charge prédéterminé.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de stockage électrochimique est une batterie {BAT) de type lithium-ion, nickel-zinc ou nickel-métal hydrure.
14. Procédé de gestion de l'état de charge d'une source de stockage électrochimique embarquée dans un véhicule mettant en œuvre le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le véhicule comprenant au moins un moteur électrique constituant une chaîne de traction, des moyens de géolocalisation de la position instantanée du véhicule, des moyens de mesure de l'état de charge de la source de stockage électrochimique et des moyens de connexion à un organe externe de fourniture d'énergie électrique pour recharger la source de stockage électrochimique, caractérisé en ce qu'il comprend une première étape de calcul pour l'acquisition de coordonnées géographiques de localisations dites finales dans lesquelles la source de stockage électrochimique {BAT) est mise en charge, une deuxième étape de calcul pour la génération de données de consommation en énergie électrique du véhicule (VH, VE) lors de trajets successifs en mode dit de roulage, une première étape d'apprentissage pour le stockage de séries de données représentant des coordonnées de localisations finales répondant à des critères prédéterminés dans des premiers moyens de mémoire, une deuxième étape d'apprentissage pour le stockage de deuxièmes séries de données représentant des trajets effectués par le véhicule en mode dit de roulage et la consommation en énergie électrique associée à ces trajets dans des deuxièmes moyens de mémoire, de façon à générer des profils d'utilisation caractéristiques du véhicule (VH, VE) pendant des périodes de temps prédéterminées, une troisième étape de calcul pendant laquelle les premières et deuxièmes séries de données sont combinées pour déterminer, lorsque le véhicule (VH, VE) atteint une localisation finale de mise en charge de la source de stockage électrochimique {BAT), une valeur de taux de charge minimum couvrant des besoins en énergie électrique assurant une autonomie suffisante du véhicule (VH, VE) pour une utilisation prévisible de ce véhicule après la charge de la source de stockage électrochimique
(BAT), et une étape de commande des moyens de connexion (18, 19, 190) à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique (180, 191 ) suivie d'une étape de charge de la source de stockage électrochimique (BAT) jusqu'à une valeur de taux de charge prédéterminée.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'affichage du taux de charge minimum sur des moyens de visualisation (17) et une étape optionnelle de validation ou de refus par un utilisateur du véhicule (VH, VE) du taux de charge affiché suivie d'une étape de transmission aux moyens de connexion (18, 19, 190) à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique (180, 191 ) d'un ordre de charge de la source de stockage électrochimique (BAT) jusqu'à une valeur de taux de charge prédéterminé.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que, lorsque l'utilisateur valide la valeur de taux de charge minimum affiché, l'ordre transmis aux moyens de connexion (18, 19, 190) à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique (180, 191 ) occasionne la charge de la source de stockage électrochimique (BAT) jusqu'à la valeur de taux de charge minimum déterminé lors de la troisième étape de calcul.
17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que, lorsque l'utilisateur refuse la valeur de taux de charge minimum affiché, il comprend une étape supplémentaire de saisie d'une valeur taux de charge particulière par l'utilisateur et l'ordre transmis aux moyens de connexion (18, 19, 190) à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique (180, 191 ) occasionne la charge de la source de stockage électrochimique jusqu'à la valeur de taux de charge particulière saisie par l'utilisateur.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'étape de saisie consiste à ce que l'utilisateur saisisse directement une valeur particulière de taux de charge à l'aide d'un clavier (170), d'une télécommande ou d'un système à reconnaissance vocale.
19. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'étape de saisie consiste à ce que l'utilisateur saisisse une valeur particulière d'autonomie souhaitée pour le véhicule (VH, VE) et en qu'il comprend une étape supplémentaire de conversion de cette valeur d'autonomie en taux de charge.
20. Procédé selon l'une des revendications 17 ou 19, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'affichage d'une liste de valeurs taux de charge minimum calculés distincts sur des zones déterminées d'un écran de visualisation tactile (17) et en ce que l'étape de saisie consiste, pour l'utilisateur, à pointer sur une des zones d'affichage une valeur de taux de charge ou d'autonomie particulière.
21. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'en l'absence d'une validation ou d'un refus par l'utilisateur pendant une période de temps prédéterminée après affichage du taux de charge minimum calculé, il comprend une étape de transmission aux moyens de connexion (18, 19, 190) à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique (180, 191 ) d'un ordre de charge jusqu'à une valeur de taux de charge de 100% occasionnant une pleine charge de la source de stockage électrochimique (BAT).
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 21 , caractérisé en ce qu'il comprend, à tout instant de l'étape de charge de la source de stockage électrochimique (BAT), une première étape supplémentaire de saisie par l'utilisateur d'un taux de charge modifié et une deuxième étape supplémentaire de transmission de ce le taux modifié aux moyens de connexion (18, 19, 190) à l'organe externe de fourniture d'énergie électrique (180, 191 ) d'un ordre de charge de la source de stockage électrochimique
(BAT) de façon à ce qu'elle soit chargée jusqu'à la valeur de taux de charge modifié.
23. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la première étape d'apprentissage comprend le stockage de séries de données représentant des coordonnées de localisations finales dans lesquelles le véhicule (VH, VE) est le plus souvent mis en mode parking et la source de stockage électrochimique (BAT) est mise en charge dans une base de données (39) comprenant une table à deux séries d'entrées appariées, une première série d'entrées représentant les coordonnées géographiques des localisations finales et une seconde série d'entrées représentant les temps d'arrêt du véhicule (VH, VE) associés aux localisations finales.
24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'étape d'apprentissage comprend des sous-étapes de mise à jour des séries d'entrées stockées dans la table lorsque le véhicule (VH, VE) atteint une localisation finale de mise en mode parking :
- si les coordonnées géographiques de la localisation finale sont présentes dans la table une mise à jour du temps d'arrêt associé à ces cordonnées est effectué selon un mode de calcul préétabli : le nouveau temps passé à la localisation finale est additionné au temps passé précédemment stocké, ou le temps d'arrêt précédemment stocké et le nouveau temps d'arrêt sont comparés et le temps d'arrêt maximum à la localisation finale est conservée, ou le calcul de la valeur moyenne du temps d'arrêt passé précédemment stocké et du nouveau temps d'arrêt est effectué et la valeur moyenne de temps d'arrêt est conservée ;
- si les coordonnées géographiques de la localisation finale ne sont présentes dans la table, une nouvelle paire d'entrées représentant, respectivement, ces coordonnées et le temps d'arrêt à la localisation est ajoutée dans la table.
25. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que lors de la première étape d'apprentissage, les deux de séries d'entrées appariées sont classées par valeurs de temps d'arrêt aux localisations finales.
26. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que la première étape d'apprentissage comprend la détermination de localisations potentielles de mise en mode parking du véhicule (VH, VE) obtenue en balayant les séries de d'entrées appariées de la table et en retenant n coordonnées géographiques de localisations finales associées aux temps d'arrêt les plus longs stockés dans la table, n étant un nombre prédéfini.
27. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que la première étape d'apprentissage comprend la détermination de localisations potentielles de mise en mode parking du véhicule (VH, VE) obtenue en balayant les séries de d'entrées appariées de la table et en retenant les coordonnées géographiques de localisations finales pour lesquelles le temps d'arrêt associé est supérieur à une durée m prédéfinie.
28. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que, le véhicule comprenant un système d'acquisition de coordonnées géographiques de type dit GPS (151 ), la deuxième étape d'apprentissage comprend l'enregistrement de données caractérisant des trajets réguliers du véhicule (VH, VE) dit de routines et la consommation en énergie électrique associée à ces trajets, les données étant déterminées à partir de coordonnées géographiques acquises pendant ces trajets.
29. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que, le véhicule comprenant un système de navigation (160), la deuxième étape comprend l'enregistrement de données représentant des trajets exceptionnels du véhicule (VH, VE) et la consommation en énergie électrique associée à ces trajets, les données étant déterminées à partir de données de trajets planifiés dans le système de navigation (160).
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