EP2529467A1 - Procede pour optimiser la recharge de la batterie d'un vehicule hybride - Google Patents

Procede pour optimiser la recharge de la batterie d'un vehicule hybride

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Publication number
EP2529467A1
EP2529467A1 EP10810786A EP10810786A EP2529467A1 EP 2529467 A1 EP2529467 A1 EP 2529467A1 EP 10810786 A EP10810786 A EP 10810786A EP 10810786 A EP10810786 A EP 10810786A EP 2529467 A1 EP2529467 A1 EP 2529467A1
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EP
European Patent Office
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battery
vehicle
order
machine
idle speed
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10810786A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Ridouane Habbani
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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Withdrawn legal-status Critical Current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 method for optimizing the charging of the battery of a hybrid vehicle.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the field of hybrid vehicles having a first train towed with a heat engine and a second train towed electrically.
  • the invention aims in particular to improve the availability of energy on the train towed electrically, particularly when the vehicle operates in 4x4 mode.
  • Hybrid vehicles comprising a heat engine ensuring the traction of the front axle.
  • a clutch ensures the connection between the engine on the one hand and a gearbox connected to the nose gear on the other hand.
  • This engine has an idle speed, of the order of 750 revolutions / min, when the clutch is open and / or the gearbox is in neutral.
  • This engine is mechanically associated with a front electric alternator / starter type machine.
  • This machine makes it possible in particular to recharge the batteries of the vehicle when it is driven by the engine (generator mode).
  • This machine also starts the engine when running in engine mode. In certain life situations, this machine can even participate in the traction of the vehicle.
  • These vehicles also comprise an electric machine ensuring the traction of the rear axle via a gearbox and a coupling device for example dog-type.
  • a gearbox for example dog-type.
  • front-wheel drive and rear-wheel drive are mechanically independent of each other.
  • the front electric machine and the rear electric machine are connected to a high voltage battery via an electrical network.
  • This high voltage battery is in connection with a low voltage onboard network via a DC / DC converter.
  • a brake control system is generally installed on the wheels of the vehicle, this system making it possible to prevent the wheels from locking and if necessary to re-establish a trajectory of the vehicle.
  • the torque desired by the driver is distributed on the front and rear axle of the vehicle.
  • the available torque on the rear axle depends directly on the level of charge of the battery. Indeed, the higher the level of charge, the higher the maximum available torque is important because the discharge power of the battery is high. Conversely, the lower the level of charge, the lower the available torque because the power of discharge of the battery is low.
  • the invention is intended to provide a way to effectively recharge the high voltage battery and optimize the available torque in 4x4 mode.
  • the idle speed is increased to increase the power available to the machine before and therefore the recharging power of the battery when the state of charge of the battery is less than a configurable threshold of between 10 and 50% of the maximum state of charge.
  • the idle speed returns to the default idle speed when the state of charge of the battery becomes greater than the threshold parameterizable.
  • the invention therefore relates to a method for optimizing the charging of the battery of a hybrid vehicle comprising:
  • the first machine being capable of being driven by the heat engine when the first machine is operating in generator mode to recharge the high-voltage battery
  • the heat engine has an idle speed by default when the state of charge of the high voltage battery is below a parameterizable threshold or
  • the increased idle speed is of the order of 10 to 40% higher than the default idle speed.
  • the default idle speed is of the order of 750 revolutions / min.
  • the increased idling speed is of the order of 950 revolutions / min.
  • the parameterizable threshold is of the order of 10 to 50% of the maximum state of charge of the high voltage battery.
  • Figure 1 a schematic representation of a hybrid vehicle implementing the method according to the invention
  • Figure 2 a graphical representation of the power of the machine before (in Watts) according to the speed of the engine (in revolutions / min). [021] The identical elements retain the same references from one figure to another.
  • Figure 1 shows a hybrid vehicle 1 implementing the method according to the invention comprising a front axle 2 and a rear axle 3 mechanically independent of one another.
  • a conventional powertrain 5 ensures the traction of the front axle 2 of the vehicle. More specifically, this group 5 comprises a thermal engine 7 in connection with a manual gearbox 8 controlled (BVMP) via a conventional clutch 10 for example a clutch dry or wet trim. This gearbox 8 is connected to the nose gear 2 through a lower deck (not shown). Alternatively, the powertrain 5 group could include an automatic gearbox 8.
  • BVMP manual gearbox 8 controlled
  • an electric machine 1 1 is mechanically associated with the thermal motor 7.
  • the machine 1 1 When the machine 1 1 is driven by the motor 7, it operates in generator mode and supplies power to the high voltage battery 19 to recharge it.
  • the machine 1 1 can also operate in engine mode to start the engine 7 thermal. In certain life situations, the machine 1 1 also ensures the traction of the front axle 2 by providing torque (boost mode).
  • a starter 13 is used to start the engine 7 in case of very low temperatures in the case where the machine before 1 1 is not able to perform this function. If necessary, a system 14 of air conditioning is mechanically connected to the engine 7 and the machine before 1 1.
  • an electric machine 15 provides traction of the rear axle 3 of the vehicle.
  • the machine 15 is connected to the rear axle 3 via a clutch 16 and a set 17 of gearing.
  • This clutch 16 takes for example the form of a clutch, while the set 17 of gear ratio is single report, even if it could alternatively have several reports.
  • the two machines 1 1 and 15 are interconnected via an electrical network.
  • the machines 1 1 and 15 are connected to a high voltage battery 19 via an inverter 21 capable of chopping the DC voltage of the battery 19 to power the machines 1 1 and 15 electrical when they operate in motor mode.
  • the inverter 21 is capable of transforming the AC voltage produced by the machines 1 1 and 15 DC voltage applied to the terminals of the battery 19.
  • the battery 19 is connected to a DC / DC converter which converts the high voltage DC voltage of the battery 19 into a voltage acceptable by the choke 13 and a low voltage battery 22 connected to the vehicle edge network 24.
  • the vehicle 1 is equipped with a conventional braking control system 25 type ESP or ABS to manage the braking force during emergency braking, to ensure the control of the trajectory of the vehicle and / or to avoid wheel lock.
  • a conventional braking control system 25 type ESP or ABS to manage the braking force during emergency braking, to ensure the control of the trajectory of the vehicle and / or to avoid wheel lock.
  • a computer 28 controls the various components of the vehicle to perform in particular the distribution of torque Cg requested by the driver between the front axle 2 (torque Ccns_av) and the rear axle 3 (torque Ccns_ar).
  • the requested torque Cg is calculated by the module 29 called the driver will interpretation module (IVC), in particular according to the depression of the accelerator pedal 31 and the vehicle speed V measured by a sensor 33 associated with a wheel.
  • IVC driver will interpretation module
  • the clutch 10 and the gearbox 8 return their respective states E E and E B to the computer 28.
  • the battery 19 also returns its state of charge to the computer 28.
  • a wheel 35 allows the driver to choose the 4x4 operating mode of the vehicle 1 in which the torque Cg will be distributed substantially uniformly between the front axle 2 and the rear axle 3 of the vehicle.
  • the computer 28 detects that the clutch 10 is in the open state and / or that the gearbox 8 is in neutral, and that the state of charge SOC of the battery 19 is below the parameterizable threshold, the operating point of the thermal motor 7 is moved, so that the motor 7 has an increased idle speed W2 higher than the default speed W1.
  • the invention thus makes it possible to increase the speed of the machine 1 1 operating in generator mode to recharge the battery 19, and thus to improve the availability of energy on the train 2 electrically towed.
  • the increased idle speed W2 is of the order of 10 to 40% higher than the default idle speed W1.
  • the speed W1 for example has a value of 950 revolutions / minute, so that the power Pdisp available to recharge the battery 19 goes from 8kW (for W1) to 9kW (for W2), which corresponds to an increase in the available power Pdisp of 12%.
  • the parameterizable threshold is of the order of 10 to 50% of the maximum state of charge of the high-voltage battery 19.
  • the invention can also be implemented when the vehicle does not operate in 4x4 mode to optimize the recharge of the battery 19.
  • the invention can be implemented when the vehicle 1 operates in thermal mode, that is to say that only the thermal engine 7 ensures traction of the vehicle.

Abstract

L'invention concerne essentiellement un procédé pour optimiser la recharge de la batterie d'un véhicule hybride. Lorsque l'embrayage (10) est en position ouverte et/ou que la boîte (8) de vitesses est au neutre, le moteur (7) thermique présente un régime (W1 ) au ralenti par défaut lorsque l'état de charge (SOC) de la batterie (19) haute tension est inférieur à un seuil paramétrable ou un régime (W2) de ralenti augmenté lorsque l'état de charge (SOC) de la batterie (19) haute tension est supérieur au seuil paramétrable afin d'accroître la puissance générée par la première machine (11) électrique pour recharger la batterie.

Description

PROCEDE POUR OPTIMISER LA RECHARGE DE LA BATTERIE D'UN
VEHICULE HYBRIDE
[01 ] L'invention concerne un procédé pour optimiser la recharge de la batterie d'un véhicule hybride. [02] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des véhicules hybrides comportant un premier train tracté à l'aide d'un moteur thermique et un deuxième train tracté électriquement.
[03] L'invention a notamment pour but d'améliorer la disponibilité d'énergie sur le train tracté électriquement en particulier lorsque le véhicule fonctionne en mode 4x4.
[04] On connaît des véhicules hybrides comportant un moteur thermique assurant la traction du train avant. A cet effet, un embrayage assure la liaison entre d'une part le moteur thermique et d'autre part une boîte de vitesses connectée au train avant. Ce moteur thermique présente un régime de ralenti, de l'ordre de 750 tours/min, lorsque l'embrayage est ouvert et/ou la boîte de vitesse est au neutre.
[05] Ce moteur est associé mécaniquement à une machine électrique avant de type alterno/démarreur. Cette machine permet notamment de recharger les batteries du véhicule lorsqu'elle est entraînée par le moteur thermique (mode générateur). Cette machine assure également le démarrage du moteur thermique lorsqu'elle fonctionne en mode moteur. Dans certaines situations de vie, cette machine peut même participer à la traction du véhicule.
[06] Ces véhicules comportent également une machine électrique assurant la traction du train arrière via un réducteur et un dispositif d'accouplement par exemple de type crabot. Par opposition aux véhicules 4x4 traditionnels, la traction du train avant et la traction du train arrière sont indépendantes mécaniquement l'une de l'autre.
[07] La machine électrique avant et la machine électrique arrière sont reliées à une batterie haute tension par l'intermédiaire d'un réseau électrique. Cette batterie haute tension est en relation avec un réseau de bord basse tension par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu.
[08] Un système de régulation de freinage est généralement installé sur les roues du véhicule, ce système permettant d'éviter le blocage des roues et le cas échéant de rétablir une trajectoire du véhicule.
[09] En mode 4x4 sélectionné par le conducteur à l'aide d'une molette, le couple souhaité par le conducteur est réparti sur le train avant et le train arrière du véhicule. Le couple disponible sur le train arrière dépend directement du niveau de charge de la batterie. En effet, plus le niveau de charge est élevé, plus le couple maximal disponible est important car la puissance de décharge de la batterie est élevée. A l'inverse, plus le niveau de charge est bas, plus le couple disponible est faible car la puissance de décharge de la batterie est faible.
[010] L'invention a notamment pour but de proposer un moyen de recharger efficacement la batterie haute tension et optimiser ainsi le couple disponible en mode 4x4.
[01 1 ] A cet effet, on augmente le régime de ralenti pour augmenter la puissance disponible à la machine avant et donc la puissance de recharge de la batterie lorsque l'état de charge de la batterie est inférieur à un seuil paramétrable compris entre 10 et 50% de l'état de charge maximum.
[012] Le régime de ralenti repasse au régime de ralenti par défaut lorsque l'état de charge de la batterie redevient supérieur au seuil paramétrable.
[013] L'invention concerne donc un procédé pour optimiser la recharge de la batterie d'un véhicule hybride comportant :
- un moteur thermique associé mécaniquement à une première machine électrique,
- un embrayage installé entre le moteur thermique et une boîte de vitesses en relation avec un des trains du véhicule,
- une deuxième machine électrique destinée à assurer la traction de l'autre train du véhicule, - une batterie haute tension en relation avec les deux machines électriques,
- la première machine étant susceptible d'être entraînée par le moteur thermique lorsque la première machine fonctionne en mode générateur pour recharger la batterie haute tension,
caractérisé en ce que lorsque l'embrayage est en position ouverte et/ou que la boîte de vitesses est au neutre :
- le moteur thermique présente un régime au ralenti par défaut lorsque l'état de charge de la batterie haute tension est inférieur à un seuil paramétrable ou
- un régime de ralenti augmenté supérieur au régime de ralenti par défaut lorsque l'état de charge de la batterie haute tension est supérieur au seuil paramétrable afin d'accroître la puissance générée par la première machine électrique pour recharger la batterie haute tension.
[014] Selon une mise en œuvre, le régime de ralenti augmenté est de l'ordre de 10 à 40% plus élevé que le régime de ralenti par défaut.
[015] Selon une mise en œuvre, le régime de ralenti par défaut est de l'ordre de 750 tours/min.
[016] Selon une mise en œuvre, le régime de ralenti augmenté est de l'ordre de 950 tours/min. [017] Selon une mise en œuvre, le seuil paramétrable est de l'ordre de 10 à 50% de l'état de charge maximal de la batterie haute tension.
[018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent :
[019] Figure 1 : une représentation schématique d'un véhicule hybride mettant en œuvre le procédé selon l'invention ;
[020] Figure 2 : une représentation graphique de la puissance de fournie par la machine avant (en Watts) en fonction du régime du moteur thermique (en tours/min). [021 ] Les éléments identiques conservent les mêmes références d'une Figure à l'autre.
[022] La Figure 1 montre un véhicule 1 hybride mettant en œuvre le procédé selon l'invention comportant un train avant 2 et un train arrière 3 indépendants mécaniquement l'un de l'autre.
[023] Un groupe moto-propulseur 5 classique assure la traction du train avant 2 du véhicule. Plus précisément, ce groupe 5 comporte un moteur 7 thermique en relation avec une boîte 8 de vitesses manuelle pilotée (BVMP) par l'intermédiaire d'un embrayage 10 classique par exemple un embrayage à garniture sec ou humide. Cette boîte 8 de vitesses est reliée au train avant 2 par l'intermédiaire d'une descente de pont (non représentée). En variante, le groupe 5 moto-propulseur pourrait comporter une boîte 8 de vitesses automatique.
[024] Par ailleurs, une machine 1 1 électrique est associée mécaniquement au moteur 7 thermique. Lorsque la machine 1 1 est entraînée par le moteur 7, elle fonctionne en mode générateur et fournit du courant à de la batterie haute tension 19 pour la recharger. La machine 1 1 peut également fonctionner en mode moteur pour assurer le démarrage du moteur 7 thermique. Dans certaines situations de vie, la machine 1 1 assure également la traction du train avant 2 en fournissant du couple (mode boost).
[025] Un starter 13 est utilisé pour démarrer le moteur 7 en cas de températures très basses dans le cas où la machine avant 1 1 n'est pas capable d'assurer cette fonction. Si besoin, un système 14 de climatisation est relié mécaniquement au moteur 7 et à la machine avant 1 1 . [026] En outre, une machine 15 électrique assure la traction du train arrière 3 du véhicule. A cet effet, la machine 15 est reliée au train arrière 3 par l'intermédiaire d'un embrayage 16 et d'un ensemble 17 de démultiplication. Cet embrayage 16 prend par exemple la forme d'un crabot, tandis que l'ensemble 17 de démultiplication est à rapport unique, même s'il pourrait en variante présenter plusieurs rapports. [027] Les deux machines 1 1 et 15 sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'un réseau électrique. Plus précisément, les machines 1 1 et 15 sont reliées à une batterie 19 haute tension par l'intermédiaire d'un onduleur 21 capable de hacher la tension continue de la batterie 19 pour alimenter les machines 1 1 et 15 électriques lorsque ces dernières fonctionnent en mode moteur. Lorsque ces machines électriques 1 1 et 15 fonctionnent en mode générateur pour recharger la batterie 19, l'onduleur 21 est capable de transformer la tension alternative produite par les machines 1 1 et 15 en tension continue appliquée sur les bornes de la batterie 19. [028] La batterie 19 est connectée à un convertisseur 20 continu/continu qui transforme la tension continue haute tension de la batterie 19 en une tension acceptable par le starter 13 et par une batterie 22 basse tension connectée au réseau 24 de bord du véhicule.
[029] De préférence, le véhicule 1 est équipé d'un système 25 de régulation de freinage classique de type ESP ou ABS permettant de gérer les efforts de freinage en cas de freinage d'urgence, afin d'assurer le contrôle de la trajectoire du véhicule et/ou d'éviter le blocage des roues.
[030] Un calculateur 28 commande les différents organes du véhicule pour effectuer notamment la répartition du couple Cg demandé par le conducteur entre le train avant 2 (couple Ccns_av) et le train arrière 3 (couple Ccns_ar). Le couple demandé Cg est calculé, par le module 29 dit module d'interprétation de la volonté du conducteur (IVC), notamment en fonction de l'enfoncement de la pédale 31 d'accélérateur et de la vitesse V du véhicule mesurée par un capteur 33 associé à une roue. [031 ] Par ailleurs, l'embrayage 10 et la boîte 8 de vitesses renvoient leur état respectif EE et EB au calculateur 28. La batterie 19 renvoie également son état de charge au calculateur 28. Une molette 35 permet au conducteur de choisir le mode de fonctionnement 4x4 du véhicule 1 dans lequel le couple Cg sera réparti sensiblement de manière homogène entre le train avant 2 et le train arrière 3 du véhicule.
[032] Comme montré sur la Figure 2, le mode 4x4 ayant été activé par l'utilisateur à l'aide de la molette 35, lorsque le calculateur 28 détecte que l'embrayage 10 est à l'état ouvert (EE=0) et/ou que la boîte 8 de vitesses est au neutre (EB=0) et que l'état de charge SOC est supérieur à un seuil paramétrable, le moteur 7 présente un régime W1 de ralenti par défaut qui est généralement de l'ordre de 750 tours/minute. Une telle situation de vie est observable notamment lorsque le véhicule 1 est à l'arrêt, le moteur 7 thermique ayant été démarré.
[033] Conformément à l'invention, lorsque le calculateur 28 détecte que l'embrayage 10 est à l'état ouvert et/ou que la boîte 8 de vitesses est au neutre, et que l'état de charge SOC de la batterie 19 est inférieur au seuil paramétrable, on déplace 38 le point de fonctionnement du moteur 7 thermique, de sorte que le moteur 7 présente un régime W2 de ralenti augmenté supérieur au régime W1 par défaut. L'invention permet ainsi d'augmenter le régime de la machine 1 1 fonctionnant en mode générateur pour recharger la batterie 19, et donc d'améliorer la disponibilité d'énergie sur le train 2 tracté électriquement.
[034] De préférence, le régime W2 de ralenti augmenté est de l'ordre de 10 à 40% plus élevé que le régime W1 de ralenti par défaut.
[035] Ici, le régime W1 présente par exemple une valeur de 950 tours/minutes environ, de sorte que la puissance Pdisp disponible pour recharger la batterie 19 passe de 8kW (pour W1 ) à 9kW (pour W2), ce qui correspond à une augmentation de la puissance disponible Pdisp de 12%.
[036] Dès que l'état de charge SOC de la batterie 19 repassera au dessus du seuil paramétrable, on re-déplace 39 le point de fonctionnement du moteur 7 thermique de sorte que le régime de ralenti du moteur 7 repasse du régime augmenté W2 au régime par défaut W1 .
[037] Dans un exemple, le seuil paramétrable est de l'ordre de 10 à 50% de l'état de charge maximal de la batterie haute tension 19.
[038] L'invention peut également être mise en œuvre lorsque le véhicule ne fonctionne pas en mode 4x4 afin d'optimiser la recharge de la batterie 19. Ainsi l'invention pourra être mise en œuvre lorsque le véhicule 1 fonctionne en mode thermique, c'est-à-dire que seul le moteur 7 thermique assure la traction du véhicule.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé pour optimiser la recharge de la batterie d'un véhicule hybride comportant :
- un moteur (7) thermique associé mécaniquement à une première machine (1 1 ) électrique,
- un embrayage (10) installé entre le moteur (7) thermique et une boîte (8) de vitesses en relation avec un des trains (2) du véhicule,
- une deuxième machine (15) électrique destinée à assurer la traction de l'autre train (3) du véhicule,
- une batterie (19) haute tension en relation avec les deux machines (1 1 , 15) électriques,
- la première machine (1 1 ) étant susceptible d'être entraînée par le moteur (7) thermique lorsque la première machine (1 1 ) fonctionne en mode générateur pour recharger la batterie (19) haute tension,
caractérisé en ce que lorsque l'embrayage (10) est en position ouverte et/ou que la boîte (8) de vitesses est au neutre :
- le moteur (7) thermique présente un régime (W1 ) au ralenti par défaut lorsque l'état de charge (SOC) de la batterie (19) haute tension est inférieur à un seuil paramétrable ou
- un régime (W2) de ralenti augmenté supérieur au régime (W1 ) de ralenti par défaut lorsque l'état de charge (SOC) de la batterie (19) haute tension est supérieur au seuil paramétrable afin d'accroître la puissance générée par la première machine (1 1 ) électrique pour recharger la batterie (19) haute tension.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le régime de ralenti (W2) augmenté est de l'ordre de 10 à 40% plus élevé que le régime de ralenti (W1 ) par défaut.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le régime de ralenti (W1 ) par défaut est de l'ordre de 750 tours/min.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le régime de ralenti (W2) augmenté est de l'ordre de 950 tours/min.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le seuil paramétrable est de l'ordre de 10 à 50% de l'état de charge (SOC) maximal de la batterie (19) haute tension.
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