EP3445962A1 - Procede de determination d'un etat energetique d'un systeme de fourniture d'energie electrique - Google Patents

Procede de determination d'un etat energetique d'un systeme de fourniture d'energie electrique

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EP3445962A1
EP3445962A1 EP17717776.3A EP17717776A EP3445962A1 EP 3445962 A1 EP3445962 A1 EP 3445962A1 EP 17717776 A EP17717776 A EP 17717776A EP 3445962 A1 EP3445962 A1 EP 3445962A1
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EP
European Patent Office
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electrical
vehicle
electrical energy
electric machine
engine speed
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17717776.3A
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German (de)
English (en)
Inventor
Yannick BOTCHON
Vincent ROUDOT
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
PSA Automobiles SA
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02J2105/37—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles exchanging power with road vehicles exchanging power with electric vehicles [EV] or with hybrid electric vehicles [HEV]

Definitions

  • the present invention relates to the automotive field, in particular to the management of the production of electrical energy and the management of the speed of the engine of the vehicle.
  • the engine speed of a vehicle influences its emissions and consumption, but also its ability to produce the electrical energy necessary for the operation of different electrical consumers.
  • Document EP213871 1 discloses a system for stopping and automatically restarting the engine of a vehicle taking into account the state of charge of the battery to decide to stop or restart the engine of the vehicle.
  • the only consideration of the state of charge of the battery is not enough to know if the vehicle is able to provide enough electrical power, to meet the needs of different electrical consumers activated.
  • the objective of this invention is thus to predict at any moment, if the vehicle will be able to supply enough electrical energy, to meet the needs of the various activated electrical consumers, in the case where the engine speed of the vehicle would come in particular to to be reduced.
  • the invention provides a method for determining an energy state of an electrical energy supply system connected to a heat engine and to electrical consumers, this system comprising:
  • a storer of electrical energy comprising a step of determining the current load level of the storer, and furthermore the steps of:
  • the electrical energy supply system is in a so-called nominal current energy state guaranteeing a nominal supply of electrical energy to the activated electrical consumers if the current load level of the storer is greater than a determined load level for which it is it is judged that the storer has sufficient reserve to overcome an increase in the load on the electrical consumers and that the current electrical power generation capacity of the electrical machine is below a determined threshold for which the electrical machine can provide the nominal supply of electrical energy to activated electrical consumers.
  • the method further comprises the steps of:
  • the invention also relates to a method for controlling a vehicle comprising an electric power supply system connected to a heat engine and to electrical consumers, comprising the preceding method, and wherein if it is decided that the system is not in a state of critical electrical shortage, it allows the control of the engine at the target engine speed determined.
  • the duration of the confirmation time window is between 1 and 10 seconds.
  • the target engine speed is an idle engine speed associated with the displacement of the vehicle in freewheel mode.
  • the idle engine speed associated with the displacement of the vehicle in freewheel mode is increased by a determined value, if the maximum power generation capacity of the electric machine at the idle engine speed is reached.
  • the idle speed increase value associated with the displacement of the vehicle in freewheel mode is between 100 and 150 revolutions per minute.
  • the invention also relates to an electronic computer, characterized in that it comprises the acquisition means, software instructions processing stored in a memory and control means required for the implementation of a method of the invention.
  • the invention also relates to a vehicle comprising a system for supplying electrical energy connected to a heat engine and to electrical consumers, this system comprising:
  • FIG. 1 is a schematic representation of a electrical architecture of a vehicle equipped with a heat engine for which the invention can be implemented.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a predictor of shortage of electrical energy of the invention.
  • FIG. 3 is a diagrammatic representation of an adaptation of the electrical energy shortage predictor of the invention to free wheel running of a vehicle.
  • FIG. 1 shows an electrical vehicle architecture comprising an electrical energy storage unit 1, for example a battery, for example an electrochemical battery, an electric machine such as an alternator 2, an edge network 3 of the vehicle assembling the parts of the vehicle that consume electrical energy, these consumers of electrical energy can each be activated or deactivated as needed.
  • the storer of electrical energy 1 is electrically connected to the electrical machine and to the on-board network and has a mass M.
  • the edge network 3 is electrically connected to the electric machine 2 and to an electrical ground M.
  • the electric machine 2 is mechanically connected to a heat engine 4 so that it can take mechanical energy from the heat engine 4 to produce electrical energy.
  • the assembly consisting of the electric machine 2 and the electrical energy storage unit 1 forms the electrical energy supply system of the vehicle edge network 4.
  • the electrical energy supply system makes it possible to supply the electrical consumers, either from electrical energy previously stored in the electrical energy store 1, or by converting the mechanical energy produced by the heat engine 4 into electrical energy by means of the electric machine 2.
  • a first module 20 has the function of calculating the current energy state, that is to say at the present time of the operation of the vehicle.
  • the electrical power supply system is considered to be in a "Nominal" state when both of the following conditions are met:
  • the electrical energy stored in the storer 1 is greater than a previously defined threshold.
  • the predetermined threshold may be a load level of the storer 1 greater than 80%.
  • the electrical energy supply system is capable of guaranteeing the supply of electrical energy to the various activated electrical consumers solely by converting mechanical energy into electrical energy.
  • the electrical energy supply system is in a "degraded" state, ie when: the stored electrical energy is below the previously defined threshold or when it is is not able to guarantee the supply of electrical energy to the various activated consumers, solely by converting mechanical energy into electrical energy.
  • This first module 20 uses as input:
  • -A representative information 20a of the current load level of the storer 1 of electrical energy of the vehicle can be a state of charge of the storer 1, commonly designated SOC (acronym for the English expression State Of Charge).
  • -A 20b information representative of the current power generation capacity of the electric machine 2 and its saturation. The current capacity represents the current fraction of electric power generation of the electric machine 2 relative to its maximum capacity.
  • this information can be a Cyclic Ratio of Opening (RCO) of the excitation circuit of this alternator.
  • This information makes it possible to determine the current generating capacity of the alternator as well as its saturation (for example a 70% RCO indicates that the generator's current electrical energy production capacity is at 70% of its maximum, that he therefore still has a reserve of 30% before saturation at 100%).
  • This first module 20 decides and outputs an information 20c representative of the current energy state of the electrical energy supply system, for example in the form of a boolean, to translate the state either "Nominal" or "Degraded".
  • this module 20 therefore constantly checks that:
  • SOCJim state of charge
  • SOCJim state of charge
  • the electric machine 2 of the vehicle is capable of guaranteeing only the supply of electrical energy to the various consumers, solely by conversion of mechanical energy into electrical energy. This is verified if the current duty cycle, RCO, is less than a threshold value, RCO_alt_lim, for which the electric machine 2 can alone provide the nominal supply of electrical energy to the activated electrical consumers, that is to say without the recourse to the energy stored in the storer 1.
  • This threshold value may be the saturation threshold of 100% or better, which takes a safety margin and therefore in this case may be 80%.
  • a second module 21 has the function of calculating the energy state of the electrical energy supply system, for a target engine speed, that is to say for which one would like to operate the vehicle engine, in the optical reduction of CO2 emissions and / or reduction of fuel consumption. This module aims to predict whether, at this target engine speed, the electric power supply system will still be able to supply electrical consumers powered solely by conversion of mechanical energy into electrical energy supplied by the electric machine, without recourse to the energy stored in the electrical storage unit.
  • this second module 21 determines whether the electrical energy supply system of the vehicle will be able to satisfy its various electrical energy needs, in the event of a transition to a life stage characterized by a decrease in the maximum energy potential. mechanical, available to be converted into electrical energy. This phase of life results in a decrease in the engine speed of the vehicle, which implies a reduction in the maximum mechanical energy that can be taken by the electric machine 2, an alternator for example.
  • This second module 21 calculates at each instant, the current electrical energy needed to power the various electrical consumers activated on the vehicle, at the time of calculation.
  • This second module 21 also predicts the maximum electrical energy that can be provided by the electrical energy supply system of the vehicle, for a given target engine speed, lower than the current engine speed of the vehicle. These two values of electrical energy are compared, to decide on the possibility for the vehicle's electrical energy supply system, to always guarantee the supply of electrical energy to the consumers, solely by conversion of available mechanical energy into electrical energy. in the event of a decrease in the engine speed of the vehicle, to the desired target engine speed.
  • This second module 21 uses as input:
  • This second module 21 decides and outputs an information 21 d representative of the prediction of the energy state of the electric power supply system for the future target engine speed at which it is desired to operate the engine of the vehicle.
  • the predicted energy state will be called "Nominal", when the maximum electrical energy that can be provided by the vehicle's electrical energy supply system at the desired target engine speed will be greater than the electrical energy required, to supply the various consumers. activated at the time of calculation.
  • the predicted energy state will be said to be "Degraded” when the maximum electrical energy that can be supplied by the vehicle's electrical energy supply system at the desired engine speed will be less than the electrical energy required to power the various activated electrical consumers. at the time of calculation.
  • This information 21c may be for example in the form of a boolean, to translate the state either "Nominal” or "Degraded".
  • this second module determines:
  • factor_correction_P_conso an adjustment factor taking into account the uncertainties on u_Prod and i_Prod. This factor can be a constant chosen to compensate for the maximum uncertainty or to be calibrated and determined by mapping.
  • the maximum electrical power that can be supplied by the electric power supply system by the electric machine 2 to the target engine speed to which the engine of the vehicle is to be changed, Pelec_Max_dispo: Pelec_Max_dispo
  • Target_mot the target engine speed at which the vehicle is to be driven, ie the information 21a
  • Rend_Alt_bit_Max the efficiency of the electric machine 2, associated with the maximum current that it can provide at the given target regime, N_mot_cible,
  • Torque_Alt_Fax_Max the torque taken by the electric machine 2, associated with the maximum current that it can supply at the given target speed, N_mot_cible,
  • Report_Demul_Alt the gear ratio for calculating the speed of the electric machine 2 according to the given target speed, N_mot_cible,
  • factor_correction_P_max a factor of adjustment of the computation taking into account the uncertainties of the aforementioned parameters. This factor can be a constant chosen to compensate for the maximum uncertainty or to be calibrated and determined by mapping.
  • a third module 22 therefore has the function of determining if a risk of electrical shortage of the electrical power supply system is possible.
  • This third module 22 uses for this input the information 20c and 21d respectively provided by the first and the second module 20 and 21.
  • This third module 22 decides and outputs:
  • an information 22a representative of the occurrence of a shortage of electrical energy of the electrical energy supply system of the vehicle.
  • This information is the image of its ability to guarantee the supply of electrical energy to electrical consumers, both at the current engine speed of the vehicle, and at a future target engine speed, at which one wants to operate the vehicle.
  • This information 22a may be for example in the form of a boolean, to translate the state is "Critical” or "Not Critical".
  • This information 22a determined in real time can then be used to make engine speed control decisions, as part of a strategy for reducing CO2 emissions and reducing the fuel consumption of the vehicle.
  • the clutch of the vehicle is open, which allows to decouple the engine of the wheels, and it is desired to keep the engine at an idle speed, for example around 800 at 900 rpm for a motor vehicle.
  • This has the effect of making it possible to take better advantage of the kinetic energy of the vehicle and to reduce its fuel consumption.
  • the vehicle consumes little fuel because the engine is idling and it advances with the kinetic energy accumulated until then. This is favored by the decoupling engine / wheels, which decreases the motor resistances that oppose the movement of the vehicle.
  • Driving such a regime involves a decrease in the capacity of the electric machine 2 to produce electrical energy, which can be problematic if electric consumers consuming more energy than can provide the vehicle at this engine speed, are activated, including consumers related to vehicle safety.
  • a decrease in the production of electrical energy can lead to a decrease in the level of charge of the battery, which will have an impact on the availability of functions such as shutdown and automatic restart of the engine.
  • Figure 3 presents a complement to the modules presented in Figure 2. This complement presents two additional modules.
  • a fourth module 30 has the function of determining the authorization for the vehicle to coast, which ensures that at constant power consumption before and during the coasting phase, the activated electrical consumers will always be correctly powered.
  • This fourth module 30 uses as input:
  • This fourth module 30 decides and outputs:
  • an information 30a for example in the form of a boolean, to translate the authorization or not to the vehicle to coast.
  • This authorization is thus based on the information 22a representative of the occurrence of a shortage of electrical energy of the electrical energy supply system of the vehicle, calculated for the engine speed associated with coasting.
  • This target mode is usually a motor idle speed.
  • the information 22a representative of the occurrence of a shortage of electrical energy of the electrical energy supply system of the vehicle is calculated and can take one or the other states already explained: "Critical” or "Not Critical".
  • the third module 30 verifies that the information 22a is continuously in a "Not Critical" state during a confirmation time window.
  • the duration of this confirmation window is advantageously between 1 and 10 seconds.
  • the minimum duration is chosen so as to filter a transient "not critical" state, so as to ensure that at the current state, that is to say at the engine speed at the time of calculation, the vehicle is well able to provide enough electrical power to activated consumers.
  • the maximum duration of the confirmation time window is chosen to be greater than the durations of the respective transient phases of the parameters used by the method.
  • the third module 30 gives, via the information 30a, the authorization to the vehicle to be able to enter a phase of coasting at the associated target engine speed. This authorization remains valid as long as the information 22a remains in the "Not critical” state. If the information 22a goes to the "Critical” state before the end of the duration of the confirmation time window, then the third module 30 does not give, via the information 30a, the authorization to the vehicle to be able to enter a coasting phase.
  • the engine is decoupled from the wheels, via the gearbox, thus reducing the friction resistance on the wheels linked to the engine. This reduces the fuel consumption and polluting emissions of the vehicle.
  • the engine speed is also reduced to the target engine speed associated with this phase of life (idle speed). The end of this phase of life is only signified by the will of the driver, for example, the will to accelerate or slow down.
  • the problem that may then arise is that of a change in the consumption of electrical energy of the consumers after the authorization of freewheeling. For example, new electrical consumers can be activated by the driver, after the freewheeling authorization, thus risking to impact the overall energy balance (constant production / higher electrical demand).
  • a fifth module 31 has the function of determining, when the vehicle is in coasting mode if it is necessary to provide an increase in the engine speed associated with this mode of driving.
  • This fifth module 31 uses as input:
  • This fifth module 31 decides and outputs:
  • a 31a information representative of a need or not to increase the speed of the engine, associated with the running mode of the vehicle coasting.
  • the fifth module 31 transmits, via the information 31 has a value of increase of the idling speed of the engine 4, so as to increase the production of electrical energy of the electric machine 2, while remaining in the driving phase. freewheel. This increase value of the idle speed of the engine 4 associated with the displacement of the vehicle in freewheel mode is preferably between 100 and 150 rpm, which limits the feeling by the driver.
  • All the modules of the invention may be housed in an electronic computer comprising the acquisition means, software instructions processing stored in a memory and control means required for the implementation of the invention.
  • This invention makes it possible to predict, depending on the engine speed, whether the electrical energy production of the vehicle, will ensure the power supply of all activated electrical consumers, when the vehicle will reduce its engine speed. It is based on a current energy state of the vehicle, which depends on its ability to provide the electrical energy required by consumers at each moment on the one hand and on a prediction of the evolution of this energy state, for a new target engine speed, to reach the other.
  • This invention makes it possible to determine, if the vehicle is exposed to a state of shortage of electrical energy, in the case where a reduction of its engine speed is desirable, for reasons of reduction of CO 2 emissions for example.

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Abstract

Procédé de détermination d'un état énergétique d'un système de fourniture d'énergie électrique relié à un moteur thermique (4), à des consommateurs électriques (3) et comprenant une machine électrique (2) et un stockeur d'énergie électrique (1), dans lequel on détermine le niveau de charge courant du stockeur (1), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : -détermination de la capacité courante de production d'énergie électrique de la machine électrique (2), -détermination que le système de fourniture d'énergie électrique est dans un état énergétique courant dit nominal si le niveau de charge courant du stockeur (1) est supérieur à un niveau de charge déterminé pour lequel il est jugé que le stockeur (1) a suffisamment de réserve et que la capacité courante de production d'énergie électrique de la machine électrique (2) est inférieure à un seuil déterminé pour lequel la machine électrique (2) peut assurer seule la fourniture d'énergie électrique.

Description

PROCEDE DE DETERMINATION D'UN ETAT ENERGETIQUE D'UN SYSTEME DE FOURNITURE D'ENERGIE ELECTRIQUE
La présente invention se rapporte au domaine automobile, notamment à la gestion de la production d'énergie électrique et la gestion du régime du moteur thermique du véhicule.
Le régime moteur d'un véhicule influence ses émissions et sa consommation, mais également sa capacité à produire l'énergie électrique, nécessaire au fonctionnement des différents consommateurs électriques.
Réduire et piloter intelligemment le régime moteur du véhicule, permet de réduire ses émissions polluantes, ainsi que sa consommation de carburant, ce qui représente un enjeu majeur dans le secteur automobile. Cependant, réduire le régime moteur, pour réduire les émissions et la consommation, a pour effet de réduire également la quantité d'énergie électrique maximale que peut produire le véhicule, ce qui peut poser problème en cas de demande élevée des consommateurs électriques activés sur le véhicule. On connaît du document EP213871 1 un système d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique d'un véhicule prenant en compte l'état de charge de la batterie pour décider d'arrêter ou de redémarrer le moteur thermique du véhicule. Cependant la seule prise en compte de l'état de charge de la batterie n'est pas suffisant pour savoir si le véhicule est en état de fournir suffisamment d'énergie électrique, pour satisfaire les besoins des différents consommateurs électriques activés.
L'objectif de cette invention est ainsi de prédire à chaque instant, si le véhicule sera en état de fournir suffisamment d'énergie électrique, pour satisfaire les besoins des différents consommateurs électriques activés, dans le cas où le régime moteur du véhicule viendrait notamment à être réduit.
Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de détermination d'un état énergétique d'un système de fourniture d'énergie électrique relié à un moteur thermique et à des consommateurs électriques, ce système comprenant :
-une machine électrique pouvant prélever de l'énergie mécanique du moteur thermique pour produire de l'énergie électrique,
-un stockeur d'énergie électrique, le procédé comprenant une étape de détermination du niveau de charge courant du stockeur, et en outre les étapes de :
-détermination de la capacité courante de production d'énergie électrique de la machine électrique, représentant la fraction courante de production d'énergie électrique de la machine électrique relativement à sa capacité maximale,
-détermination que le système de fourniture d'énergie électrique est dans un état énergétique courant dit nominal garantissant une fourniture nominale d'énergie électrique aux consommateurs électriques activés si le niveau de charge courant du stockeur est supérieur à un niveau de charge déterminé pour lequel il est jugé que le stockeur a suffisamment de réserve pour pallier à une augmentation de la sollicitation des consommateurs électriques et que la capacité courante de production d'énergie électrique de la machine électrique est inférieure à un seuil déterminé pour lequel la machine électrique peut assurer seule la fourniture nominale d'énergie électrique aux consommateurs électriques activés.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :
Dans une variante, le procédé comprend en outre les étapes de :
-détermination d'un régime moteur cible,
-détermination de l'énergie électrique maximale que la machine électrique peut produire au régime moteur cible,
-décision que le système est dans un état de fonctionnement prédit dit nominal pour le régime moteur cible garantissant une fourniture nominale d'énergie électrique aux consommateurs électriques activés si l'énergie électrique consommée par les consommateurs activés est inférieure à l'énergie électrique maximale déterminée, -décision que le système est dans un état de pénurie électrique dit critique si le système n'est pas dans un état de fonctionnement courant nominal et/ou pas dans un état de fonctionnement prédit nominal.
L'invention porte aussi sur un procédé de commande d'un véhicule comprenant un système de fourniture d'énergie électrique relié à un moteur thermique et à des consommateurs électriques, comprenant le procédé précédent, et dans lequel s'il est décidé que le système n'est pas dans un état de pénurie électrique dit critique, on autorise le pilotage du moteur thermique au régime moteur cible déterminé. Dans une variante, on autorise le pilotage du moteur thermique au régime moteur cible déterminé si la décision que le système n'est pas dans un état de pénurie électrique dit critique est continue pendant une fenêtre temporelle de confirmation prédéterminée. Avantageusement, la durée de la fenêtre temporelle de confirmation est comprise entre 1 et 10 secondes.
Dans une variante, dans laquelle le véhicule peut se déplacer en un mode roue libre, le régime moteur cible est un régime moteur ralenti associé au déplacement du véhicule en mode roue libre.
Dans une autre variante, dans laquelle pendant que le véhicule est en mode roue libre, -on scrute la capacité courante de production d'énergie électrique de la machine électrique,
- on augmente d'une valeur déterminée le régime moteur ralenti associé au déplacement du véhicule en mode roue libre, si la capacité maximale de production d'énergie électrique de la machine électrique au régime moteur ralenti est atteinte.
Avantageusement, la valeur d'augmentation du régime moteur ralenti associé au déplacement du véhicule en mode roue libre est comprise entre 100 et 150 tours par minutes.
L'invention porte aussi sur un calculateur électronique, caractérisé en ce qu'il comprend les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire et des moyens de commande requis pour la mise en œuvre d'un procédé de l'invention.
L'invention porte aussi sur un véhicule comprenant un système de fourniture d'énergie électrique relié à un moteur thermique et à des consommateurs électriques, ce système comprenant :
-une machine électrique pouvant prélever de l'énergie mécanique du moteur pour produire de l'énergie électrique,
-un stockeur d'énergie électrique,
le véhicule comprenant de plus un calculateur électronique selon la revendication précédente. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique d'une architecture électrique d'un véhicule équipé d'un moteur thermique pour laquelle l'invention peut être mise en œuvre.
- La figure 2 est une représentation schématique d'un prédicteur de pénurie en énergie électrique de l'invention.
- La figure 3 est une représentation schématique d'une adaptation du prédicteur de pénurie en énergie électrique de l'invention au roulage en mode roue libre d'un véhicule.
La figure 1 présente une d'architecture électrique de véhicule comprenant un stockeur d'énergie électrique 1 comme par exemple une batterie, par exemple une batterie électrochimique, une machine électrique tel qu'un alternateur 2, un réseau de bord 3 du véhicule rassemblant les organes du véhicule qui sont consommateurs d'énergie électrique, ces consommateurs d'énergie électrique pouvant chacun être activés ou désactivés selon le besoin. Le stockeur d'énergie électrique 1 est relié électriquement à la machine électrique et au réseau de bord ainsi qu'a une masse M. Le réseau de bord 3 est relié électriquement à la machine électrique 2 et à une masse électrique M.
La machine électrique 2 est reliée mécaniquement à un moteur thermique 4 de sorte qu'elle peut prélever de l'énergie mécanique du moteur thermique 4 pour produire de l'énergie électrique. L'ensemble constitué de la machine électrique 2 et du stockeur d'énergie électrique 1 forme le système de fourniture d'énergie électrique du réseau de bord 4 du véhicule. Ainsi, le système de fourniture d'énergie électrique permet d'alimenter les consommateurs électriques, soit à partir d'énergie électrique préalablement stockée dans le stockeur d'énergie électrique 1 , soit en convertissant l'énergie mécanique produit par le moteur thermique 4 en énergie électrique au moyen de la machine électrique 2.
Cette invention peut se décomposer principalement en trois modules décrits dans la figure 2 :
Un premier module 20 a pour fonction de calculer l'état énergétique courant, c'est-à-dire à l'instant présent du fonctionnement du véhicule. On considère que le système de fourniture d'énergie électrique est dans un état « Nominal » lorsque les deux conditions suivantes sont remplies :
-l'énergie électrique stockée dans le stockeur 1 est supérieure à un seuil préalablement défini. Par exemple, le seuil prédéterminé peut être un niveau de charge du stockeur 1 supérieur à 80%.
- le système de fourniture d'énergie électrique est capable de garantir la fourniture d'énergie électrique aux différents consommateurs électriques activés, uniquement par conversion d'énergie mécanique en énergie électrique.
Dans le cas contraire, on considère que le système de fourniture d'énergie électrique est dans un état « Dégradé », c'est-à-dire lorsque : -l'énergie électrique stockée est inférieure au seuil préalablement définie ou qu'il n'est pas capable de garantir la fourniture d'énergie électrique aux différents consommateurs activés, uniquement par conversion d'énergie mécanique en énergie électrique.
Ce premier module 20 utilise en entrée :
-Une information 20a représentative du niveau de charge courant du stockeur 1 d'énergie électrique du véhicule. Cette information peut être un état de charge du stockeur 1 , couramment désigné SOC (acronyme de l'expression anglaise State Of Charge). -Une information 20b représentative de la capacité courante de production d'énergie électrique de la machine électrique 2 et de sa saturation. La capacité courante représente la fraction courante de production d'énergie électrique de la machine électrique 2 relativement à sa capacité maximale. Dans le cas où la machine électrique 2 est un alternateur, cette information peut être un Rapport Cyclique d'Ouverture (RCO) du circuit d'excitation de cet alternateur. Cette information permet de déterminer la capacité de production en courant de l'alternateur ainsi que sa saturation (par exemple un RCO de 70% indique que la capacité courante de production d'énergie électrique de l'alternateur est à 70% de son maximum, qu'il a donc encore une réserve de 30% avant sa saturation à 100%). Ce premier module 20 décide et fournit en sortie une information 20c représentative de l'état énergétique courant du système de fourniture d'énergie électrique, par exemple sous forme de booléen, pour traduire l'état soit « Nominal », soit « Dégradé ». Dans le cas où l'information 20a représentative du niveau de charge courant du stockeur 1 d'énergie électrique du véhicule est un état de charge, SOC, de la batterie du véhicule et que l'information 20b représentative de la capacité courante de production d'énergie électrique de la machine électrique 2 et de sa saturation est un rapport cyclique d'ouverture, RCO, ce module 20 vérifie donc en permanence que :
-l'état de charge courant du stockeur 1 est supérieur à un niveau d'état de charge préalablement défini, SOCJim. Ce seuil, SOCJim, d'état de charge, par exemple 80%, est un seuil pour lequel il est jugé que la batterie à suffisamment de réserve électrique permettant de palier à une augmentation imprévue, de la sollicitation des consommateurs électriques (nouveaux consommateurs allumés par exemple).
-la machine électrique 2 du véhicule est capable de garantir seule la fourniture d'énergie électrique aux différents consommateurs, uniquement par conversion d'énergie mécanique en énergie électrique. Ceci est vérifié si le rapport cyclique courant, RCO, est inférieur à une valeur seuil, RCO_alt_lim, pour laquelle la machine électrique 2 peut assurer seule la fourniture nominale d'énergie électrique aux consommateurs électriques activés, c'est-à-dire sans le recours à l'énergie stockée dans le stockeur 1. Cette valeur seuil peut être le seuil de saturation de 100% ou mieux, qui prend une marge de sécurité et donc dans ce cas peut être de 80%.
Si ces deux conditions sont remplies, alors le système de fourniture en énergie électrique du véhicule sera considéré comme étant dans un état énergétique courant dit « Nominal » (comme déjà défini précédemment), sinon il sera dit dans un état courant «Dégradé».
Un second module 21 a pour fonction de calculer l'état énergétique du système de fourniture d'énergie électrique, pour un régime moteur cible, c'est-à-dire pour lequel on voudrait faire fonctionner le moteur du véhicule, dans l'optique d'une réduction des émissions de C02 et/ou réduction de la consommation en carburant. Ce module vise à prédire si à ce régime moteur cible, le système de fourniture d'énergie électrique sera toujours capable d'alimenter les consommateurs électriques activés uniquement par conversion d'énergie mécanique en énergie électrique fournie par la machine électrique, sans recours à l'énergie stockée dans le stockeur 1 électrique.
Ce second module 21 a pour objectif de déterminer si le système de fourniture d'énergie électrique du véhicule sera en mesure de satisfaire ses différents besoins en énergie électrique, en cas de transition vers une phase de vie caractérisée par une diminution du potentiel maximum en énergie mécanique, disponible pour être convertie en énergie électrique. Cette phase de vie se traduit par une diminution du régime moteur du véhicule, ce qui implique une diminution de l'énergie mécanique maximum pouvant être prélevée par la machine électrique 2, un alternateur par exemple.
Ce second module 21 calcule à chaque instant, l'énergie électrique courante nécessaire pour alimenter les différents consommateurs électriques activés sur le véhicule, au moment du calcul.
Ce second module 21 prédit également l'énergie électrique maximale, que pourra fournir le système de fourniture d'énergie électrique du véhicule, pour un régime moteur cible donné, inférieur au régime moteur courant du véhicule. Ces deux valeurs d'énergie électrique sont comparées, pour statuer sur la possibilité pour le système de fourniture d'énergie électrique du véhicule, de toujours garantir la fourniture d'énergie électrique aux consommateurs, uniquement par conversion d'énergie mécanique disponible en énergie électrique, en cas de diminution du régime moteur du véhicule, vers le régime moteur cible voulu.
Ce second module 21 utilise en entrée :
-une information 21 a représentative du régime moteur cible pour lequel on veut prédire l'énergie électrique maximale qui pourra être produite.
-une information représentative de l'énergie électrique courante nécessaire pour alimenter les différents consommateurs électriques activés sur le véhicule. Cette information peut être obtenue à partir d'une information 21 b de tension de sortie de la machine électrique 2 et d'une information 21 c d'intensité de courant fournit par la machine électrique 2. Ce second module 21 décide et fournit en sortie une information 21 d représentative de la prédiction de l'état énergétique du système de fourniture d'énergie électrique, pour le futur régime moteur cible auquel on veut faire fonctionner le moteur du véhicule. L'état énergétique prédit sera dit « Nominal », lorsque l'énergie électrique maximale que pourra fournir le système de fourniture d'énergie électrique du véhicule au régime moteur cible désiré, sera supérieure à l'énergie électrique nécessaire, pour alimenter les différents consommateurs électriques activés au moment du calcul. L'état énergétique prédit sera dit « Dégradé» lorsque l'énergie électrique maximale que pourra fournir le système de fourniture d'énergie électrique du véhicule au régime moteur désiré, sera inférieure à l'énergie électrique nécessaire, pour alimenter les différents consommateurs électriques activés au moment du calcul. Cette information 21 c peut se présenter par exemple sous forme de booléen, pour traduire l'état soit « Nominal », soit « Dégradé ».
Dans le cas où l'information représentative de l'énergie électrique courante nécessaire pour alimenter les différents consommateurs électriques activés sur le véhicule est obtenue à partir d'une information 21 b de tension de sortie de la machine électrique 2 et d'une information 21 c d'intensité de courant fournit par la machine électrique 2, ce second module détermine :
-la puissance électrique courante consommée par les différents consommateurs électriques activés, Pelec_conso :
Pelec_conso = | u_Prod * i_Prod | * facteur_correction_P_conso
Avec :
u_Prod : la tension de sortie de la machine électrique 2,
i_Prod : T'intensité de courant fournit par la machine électrique 2,
facteur_correction_P_conso : un facteur d'ajustement prenant en compte les incertitudes sur u_Prod et i_Prod. Ce facteur peut être une constante choisie pour compenser l'incertitude maximale ou être calibrable et déterminée par cartographie. -la puissance électrique maximale que pourra fournir le système de fourniture d'énergie électrique par la machine électrique 2 au régime moteur cible auquel on veut faire évoluer le moteur du véhicule, Pelec_Max_dispo : Pelec_Max_dispo = | Rend_Alt_débit_Max * Couple_Alt_débit_Max * 2ττ/60 * Rapport_Demul_Alt * N_mot_cible | * facteur_correction_P_max
Avec :
N_mot_cible : le régime moteur cible, auquel on veut faire fonctionner le véhicule, autrement dit l'information 21 a,
Rend_Alt_débit_Max : le rendement de la machine électrique 2, associée au courant maximal qu'elle peut fournir au régime cible donné, N_mot_cible,
Couple_Alt_débit_Max : le couple prélevé par la machine électrique 2, associé au courant maximale qu'il peut fournir au régime cible donné, N_mot_cible,
Rapport_Demul_Alt : le rapport de démultiplication permettant de calculer le régime de la machine électrique 2 en fonction du régime cible donné, N_mot_cible,
facteur_correction_P_max : un facteur d'ajustement du calcul prenant en compte les incertitudes des paramètres précités. Ce facteur peut être une constante choisie pour compenser l'incertitude maximale ou être calibrable et déterminée par cartographie.
Pour cette étape, on peut prévoir l'usage de cartographies de fonctionnement de la machine électrique 2 dans lesquelles l'intensité en courant, le couple et son rendement sont donnés en fonction du régime moteur. Ces deux valeurs de puissance électrique sont ensuite comparées, et l'état énergétique prédit du système de fourniture d'énergie électrique, pour le régime cible considéré, sera dit « Nominal » si :
Pelec_conso < Pelec_Max_dispo
Dans le cas contraire, l'état énergétique prédit du système de fourniture d'énergie électrique, pour le régime cible considéré, sera dit « Dégradé ».
Dans le cas où l'on voudrait piloter le régime moteur du véhicule, en particulier le réduire, pour notamment diminuer la consommation et les émissions de C02 du véhicule, il est nécessaire d'anticiper les impacts de cette réduction de régime, sur la capacité du système de production d'énergie électrique du véhicule, à toujours produire suffisamment d'énergie électrique pour l'alimentation des différents consommateurs électrique activés.
Un troisième module 22 a donc pour fonction de déterminer si un risque de pénurie électrique du système de fourniture en énergie électrique est possible. Ce troisième module 22 utilise pour cela en entrée les informations 20c et 21 d fournies respectivement par le premier et le second module 20 et 21.
Ce troisième module 22 décide et fournit en sortie :
-une information 22a représentative de l'occurrence d'une pénurie en énergie électrique du système de fourniture en énergie électrique du véhicule. Cette information est l'image de sa capacité, à garantir la fourniture en énergie électrique aux consommateurs électriques, aussi bien au régime moteur actuel du véhicule, qu'à un futur régime moteur cible, auquel on veut faire fonctionner le véhicule.
L'occurrence d'une pénurie en énergie électrique sera dit « Critique », si le système de fourniture en énergie électrique du véhicule ne peut pas satisfaire les besoins des consommateurs électriques activés, pour le régime moteur courant et/ou pour le régime moteur cible, auquel on veut faire évoluer le véhicule, autrement dit si le système de fourniture en énergie électrique est dans un état de fonctionnement courant dit « Dégradé » ET/OU dans un état de fonctionnement prédit dit « Dégradé ».
Dans le cas contraire, si le système de fourniture en énergie électrique est dans un état de fonctionnement courant dit « Nominal » ET dans un état de fonctionnement prédit dit « Nominal », c'est-à-dire si le système de fourniture en énergie électrique du véhicule est capable de satisfaire les besoins des consommateurs électriques activés, aussi bien pour le régime moteur courant, que pour le régime moteur cible, auquel on veut faire évoluer le véhicule, l'occurrence d'une pénurie en énergie électrique sera dit « Pas Critique ».
Cette information 22a peut se présenter par exemple sous forme de booléen, pour traduire l'état soit « Critique », soit « Pas Critique ».
Cette information 22a déterminée en temps réel peut alors être utilisée, pour prendre des décisions de pilotage du régime moteur, dans le cadre d'une stratégie de diminution des émissions de C02 et de réduction de la consommation en carburant du véhicule. Par exemple, lors d'une phase de roulage en roue libre l'embrayage du véhicule est ouvert, ce qui permet de découpler le moteur thermique des roues, et on souhaite maintenir le moteur thermique à un régime de ralenti, par exemple autour de 800 à 900 tr/min pour un véhicule automobile. Ceci a pour effet de permettre de mieux profiter de l'énergie cinétique du véhicule et de réduire sa consommation de carburant. En effet, pendant cette phase, le véhicule ne consomme que peu de carburant car le moteur est au ralenti et il n'avance qu'avec l'énergie cinétique accumulée jusque-là. Ceci est favorisé par le découplage moteur/roues, qui diminue les résistances moteur qui s'opposent au mouvement du véhicule.
Rouler à un tel régime implique cependant une diminution de la capacité de la machine électrique 2 à produire de l'énergie électrique, ce qui peut poser problème si des consommateurs électriques consommant plus d'énergie que peut fournir le véhicule à ce régime moteur, sont activés, notamment les consommateurs liés à la sécurité du véhicule. Par ailleurs, une baisse de la production en énergie électrique peut conduire à une diminution du niveau de charge de la batterie, ce qui aura un impact sur la disponibilité de fonctions comme l'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique.
A cet effet, la figure 3 présente un complément aux modules présentés à la figure 2. Ce complément présente deux modules supplémentaires.
Un quatrième module 30 a pour fonction de déterminer l'autorisation pour le véhicule de rouler en roue libre, qui garantit qu'à consommation électrique constante avant et pendant la phase de roulage en roue libre, les consommateurs électriques activés seront toujours alimentés correctement.
Ce quatrième module 30 utilise en entrée :
-l'information 22a représentative de l'occurrence d'une pénurie en énergie électrique du système de fourniture en énergie électrique du véhicule.
Ce quatrième module 30 décide et fournit en sortie :
-une information 30a, par exemple sous forme de booléen, pour traduire l'autorisation ou non au véhicule de rouler en roue libre. Cette autorisation est ainsi basée sur l'information 22a représentative de l'occurrence d'une pénurie en énergie électrique du système de fourniture en énergie électrique du véhicule, calculée pour le régime moteur associé au roulage en roue libre. Ce régime cible correspond généralement à un régime de ralenti moteur.
Ainsi pour le régime moteur cible associé au roulage du véhicule en roue libre, l'information 22a représentative de l'occurrence d'une pénurie en énergie électrique du système de fourniture en énergie électrique du véhicule est calculée et peut prendre l'un ou l'autre des états déjà expliqués : « Critique » ou « Pas Critique ».
Ensuite, le troisième module 30 vérifie que l'information 22a est continûment à un état « Pas critique » pendant une fenêtre temporelle de confirmation. La durée de cette fenêtre de confirmation est avantageusement comprise entre 1 et 10 secondes. La durée minimum est choisie de sorte à filtrer un état « Pas critique » transitoire, de façon à s'assurer, qu'à l'état courant, c'est-à-dire au régime moteur au moment du calcul, le véhicule est bien capable de fournir suffisamment d'énergie électrique aux consommateurs activés. La durée maximum de la fenêtre temporelle de confirmation est choisie de sorte à être supérieure aux durées des phases transitoires respectives des paramètres utilisés par le procédé.
Si l'information 22a reste à l'état « Pas critique » pendant toute la durée de la fenêtre temporelle de confirmation, alors le troisième module 30 donne, via l'information 30a, l'autorisation au véhicule de pouvoir entrer dans une phase de roulage en roue libre, au régime moteur cible associé. Cette autorisation reste valide tant que l'information 22a reste à l'état « Pas critique ». Si l'information 22a passe à l'état « Critique » avant la fin de la durée de la fenêtre temporelle de confirmation, alors le troisième module 30 ne donne pas, via l'information 30a, l'autorisation au véhicule de pouvoir entrer dans une phase de roulage en roue libre.
Dans le cas de vie ou l'autorisation a été accordée, le moteur est découplé des roues, via la boite de vitesse, réduisant ainsi les résistances de frottements sur les roues liées au moteur. Ceci réduit la consommation de carburant et les émissions polluantes du véhicule. Lorsque le véhicule est en cours de roulage en roue libre, le régime du moteur est également réduit au régime moteur cible associé à cette phase de vie (régime de ralenti). La fin de cette phase de vie n'est signifiée que par la volonté du conducteur, par exemple, la volonté d'accélérer ou celle de ralentir.
Ceci signifie, qu'une fois que l'autorisation au véhicule de rouler en roue libre est donnée et que le véhicule se trouve effectivement en roulage roue libre, il n'est pas possible de mettre fin directement à cette phase de vie.
Le problème pouvant alors se présenter, est celui d'une modification de la consommation en énergie électrique des consommateurs après l'autorisation de roulage en roue libre. Par exemple, de nouveaux consommateurs électriques peuvent être activés par le conducteur, après l'autorisation de roulage en roue libre, risquant ainsi d'impacter le bilan énergétique globale (production constante/demande électrique supérieure).
Un cinquième module 31 a pour fonction de déterminer, lorsque le véhicule est en mode de roulage en roue libre s'il faut prévoir une augmentation du régime moteur associé à ce mode de roulage.
Ce cinquième module 31 utilise en entrée :
-l'information 20b représentative de la capacité courante de production d'énergie électrique de la machine électrique 2 et de sa saturation. Dans le cas où la machine électrique 2 est un alternateur, cette information peut être un Rapport Cyclique d'Ouverture (RCO) du circuit d'excitation de cet alternateur. Ce cinquième module 31 décide et fournit en sortie :
- Une information 31 a, représentative d'un besoin ou non d'augmentation du régime du moteur thermique, associé au mode de roulage du véhicule en roue libre.
Dans le cas où l'information 20b représentative de la capacité courante de production d'énergie électrique de la machine électrique 2 et de sa saturation est un rapport cyclique d'ouverture, RCO, ce module 31 scrute si la machine électrique 2 devient saturée, autrement dit que le RCO = 100 %, pour le régime moteur (régime de ralenti) auquel le moteur thermique 4 fonctionne pendant le roulage en roue libre. En cas de détection d'une saturation de la machine électrique 2 pendant la phase de roulage en roue libre, due à une augmentation de la demande en énergie électrique des consommateurs (nouveaux consommateurs électriques activés par exemple), ceci signifie que le véhicule ne parvient plus à fournir suffisamment d'énergie électrique aux différents consommateurs électriques activés. Le cinquième module 31 émet, via l'information 31 a une valeur d'augmentation du régime de ralenti du moteur thermique 4, de façon à accroître la production d'énergie électrique de la machine électrique 2, tout en restant en phase de roulage en roue libre. Cette valeur d'augmentation du régime de ralenti du moteur thermique 4 associée au déplacement du véhicule en mode roue libre est de préférence comprise entre 100 et 150 tr/min, ce qui limite le ressenti par le conducteur.
Tous les modules de l'invention peuvent être hébergés dans un calculateur électronique comprenant les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire et des moyens de commande requis pour la mise en œuvre de l'invention.
Cette invention permet de prédire, en fonction du régime moteur, si la production en énergie électrique du véhicule, permettra de garantir l'alimentation de tous les consommateurs électriques activés, lorsque le véhicule diminuera son régime moteur. Elle s'appuie sur un état énergétique courant du véhicule, qui dépend de sa capacité à fournir l'énergie électrique requis par les consommateurs à chaque instant d'une part et sur une prédiction de l'évolution de cet état énergétique, pour un nouveau régime moteur cible, à atteindre d'autre part.
Cette invention permet de déterminer, si le véhicule s'expose à un état de pénurie en énergie électrique, dans le cas où une réduction de son régime moteur est souhaitable, pour des considérations de réduction d'émissions de C02 par exemple.
Elle permet donc de pouvoir piloter intelligemment le régime moteur du véhicule, de façon à réduire sa consommation et ses émissions, en toute sécurité d'un point de vue de la fourniture d'énergie électrique.

Claims

Revendications
1. Procédé de détermination d'un état énergétique d'un système de fourniture d'énergie électrique relié à un moteur thermique (4) et à des consommateurs électriques (3), ce système comprenant :
-une machine électrique (2) pouvant prélever de l'énergie mécanique du moteur thermique (4) pour produire de l'énergie électrique,
-un stockeur d'énergie électrique (1 ),
le procédé comprenant une étape de détermination du niveau de charge courant (20a) du stockeur (1 ),
caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes de :
-détermination de la capacité courante de production d'énergie électrique de la machine électrique (2), représentant la fraction courante de production d'énergie électrique de la machine électrique (2) relativement à sa capacité maximale,
-détermination (20) que le système de fourniture d'énergie électrique est dans un état énergétique courant dit nominal garantissant une fourniture nominale d'énergie électrique aux consommateurs électriques activés si le niveau de charge courant (20a) du stockeur (1 ) est supérieur à un niveau de charge déterminé pour lequel il est jugé que le stockeur
(1 ) a suffisamment de réserve pour pallier à une augmentation de la sollicitation des consommateurs électriques et que la capacité courante de production d'énergie électrique de la machine électrique (2) est inférieure à un seuil déterminé pour lequel la machine électrique (2) peut assurer seule la fourniture nominale d'énergie électrique aux consommateurs électriques activés.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes de :
-détermination d'un régime moteur cible (21 a),
-détermination de l'énergie électrique maximale (21 b, 21 c) que la machine électrique
(2) peut produire au régime moteur cible (21 a),
-décision (21 ) que le système est dans un état de fonctionnement prédit dit nominal pour le régime moteur cible garantissant une fourniture nominale d'énergie électrique aux consommateurs électriques activés si l'énergie électrique consommée par les consommateurs activés est inférieure à l'énergie électrique maximale déterminée,
-décision (22) que le système est dans un état de pénurie électrique dit critique si le système n'est pas dans un état de fonctionnement courant nominal et/ou pas dans un état de fonctionnement prédit nominal.
3. Procédé de commande d'un véhicule comprenant un système de fourniture d'énergie électrique relié à un moteur thermique (4) et à des consommateurs électriques (3), caractérisé en ce qu'il comprend un procédé selon la revendication 2, et dans lequel s'il est décidé que le système n'est pas dans un état de pénurie électrique dit critique, on autorise (30) le pilotage du moteur thermique (4) au régime moteur cible (21 a) déterminé.
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on autorise le pilotage du moteur thermique (4) au régime moteur cible (21 a) déterminé si la décision que le système n'est pas dans un état de pénurie électrique dit critique est continue pendant une fenêtre temporelle de confirmation prédéterminée.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la durée de la fenêtre temporelle de confirmation est comprise entre 1 et 10 secondes.
6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le véhicule pouvant se déplacer en un mode roue libre, le régime moteur cible est un régime moteur ralenti associé au déplacement du véhicule en mode roue libre.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que pendant que le véhicule est en mode roue libre,
-on scrute la capacité courante de production d'énergie électrique de la machine électrique (2),
- on augmente d'une valeur déterminée le régime moteur ralenti associé au déplacement du véhicule en mode roue libre, si la capacité maximale de production d'énergie électrique de la machine électrique (2) au régime moteur ralenti est atteinte.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la valeur d'augmentation du régime moteur ralenti associé au déplacement du véhicule en mode roue libre est comprise entre 100 et 150 tours par minutes.
9. Calculateur électronique, caractérisé en ce qu'il comprend les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire et des moyens de commande requis pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes.
10. Véhicule comprenant un système de fourniture d'énergie électrique relié à un moteur thermique (4) et à des consommateurs électriques (3), ce système comprenant :
-une machine électrique (2) pouvant prélever de l'énergie mécanique du moteur pour produire de l'énergie électrique, -un stockeur (1 ) d'énergie électrique,
le véhicule comprenant de plus un calculateur électronique selon la revendication précédente.
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