EP3898320A1 - Recharge de la batterie d'un vehicule automobile electrifie - Google Patents

Recharge de la batterie d'un vehicule automobile electrifie

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EP3898320A1
EP3898320A1 EP19823808.1A EP19823808A EP3898320A1 EP 3898320 A1 EP3898320 A1 EP 3898320A1 EP 19823808 A EP19823808 A EP 19823808A EP 3898320 A1 EP3898320 A1 EP 3898320A1
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EP
European Patent Office
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vehicle
traction battery
electrical
mode
ret
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19823808.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Remi Malet
Laurent Dupuy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stellantis Auto SAS
Original Assignee
PSA Automobiles SA
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60L53/63—Monitoring or controlling charging stations in response to network capacity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/126—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]

Definitions

  • the invention is in the field of recharging the battery of an electrified motor vehicle with a charging function by the external electrical network.
  • rechargeable electric or hybrid recharging the traction battery, which is often a lithium battery equipped with a BMS "Battery Management System” battery management module, can be done at 'shutdown, by a wired connection through which the vehicle's electrical network is coupled to an energy source, in general the electrical network of an energy supplier in a given terrestrial territory.
  • Charging can also be done, always at a standstill and under the same principles, without a wired connection by an induction system allowing a transfer of power by magnetic phenomena since always a terminal connected to the energy source towards the network internal electric vehicle.
  • the invention relates, in this context, to the field of control of the BMS "Battery Management System", in connection with the exchange function with the electrical network external to the vehicle.
  • the BMS “Battery Management System” is capable of depending on the circumstances, take into account the needs of the vehicle's electrical consumers such as the air conditioning compressor or even the heat pump (reversible air conditioning) on board the vehicle used for example for pre-conditioning the passenger compartment of the vehicle, the traction battery temperature management system in extreme climates (very cold or very hot outside temperature, requiring heating or cooling), or recharging or maintaining the charge of a service battery, such as a conventional 12 V lead battery used to power many of the vehicle's known equipment such as the radio, interior lighting, headlights or wiper motors.
  • a service battery such as a conventional 12 V lead battery used to power many of the vehicle's known equipment such as the radio, interior lighting, headlights or wiper motors.
  • the power available for the motor vehicle from the external electrical network can be relatively low, in particular in the case of recharging on a domestic outlet.
  • the motor vehicle and more precisely its traction battery are able to supply power to the external electrical network, in the event of very high demand thereon. ci, a strategy which would make it possible to alleviate the extreme demands on the region's power plants, for example winter in countries with a temperate to cold climate, for example summer in countries with a hot to very hot climate.
  • a method for managing transfers of electrical energy within a motor vehicle connected to an external electrical source comprising the setting up of a state of coupling with the external electrical source. , from an electrical network of the vehicle to which is coupled a traction battery of the vehicle and an assembly consuming electrical power from the vehicle.
  • the method further comprises an implementation of an energy management mode among at least a first mode in which the traction battery receives from the external electrical source and by coupling an available electrical power, a second mode in which the state of charge of the battery is preserved for later use, and a third mode in which the traction battery compensates for a possible insufficient coupling with the external electrical source to cover the needs of the consumer assembly .
  • the external electrical source can be a terrestrial electrical network equipped with a means of energy supervision external to the vehicle, and a fourth mode in which the traction battery can supply electrical power to the external electrical network by said coupling is then also available for said implementation;
  • the implementation can be carried out in response to at least one need expressed by a vehicle user or by a vehicle supervisor;
  • the implementation can be carried out in response to a need for thermal preconditioning of the passenger compartment of the motor vehicle, a need to recharge the traction battery, or a need for cooling or heating of the traction battery;
  • the setting up of a coupling can be carried out by the use of an alternating current to direct current electric converter on board in the motor vehicle; the establishment of a coupling can be carried out by implementing a charging socket for the motor vehicle, a wired connection and a charging station connected to the external electrical source;
  • the method can comprise an exit from the coupling state by tilting towards a state in which an electric traction motor of the vehicle is not electrically supplied by the traction battery and the electrical network of the vehicle is no longer coupled to the external electrical source, followed in a second step by a transition to a state in which the electric traction motor is electrically supplied by the traction battery;
  • a default management mode may be the second mode.
  • a motor vehicle comprising an electric energy transfer management system, the vehicle being an electric motor vehicle and traction battery rechargeable when stopped by an external source or a vehicle with a hybrid electric and thermal motor, with rechargeable battery when stopped by an external source.
  • Figure 1 shows an electrical architecture of a vehicle according to the invention.
  • Figure 2 shows the different states of the vehicle and the transitions between them.
  • FIG. 3 shows the different modes of energy management according to an embodiment of the invention.
  • Figure 4 shows different modes of energy management according to a second embodiment of the invention.
  • FIG 1 there is shown the architecture of the motor vehicle 10 connected to an energy supply equipment for charging for electric vehicles 25 of the fixed charging station type, itself connected to the electrical network of land territory RET, and supplied with alternative electrical power by it.
  • the motor vehicle 10 comprises an electric charger 11, typically a converter of alternating current into direct current, or only a connector for recharging into direct current (different vehicles have two types of chargers, used alternately depending on the terminal of recharging used, which can provide alternating current or direct current), a traction battery 12, typically a lithium battery, or even a nickel battery, equipped with a battery management system (BMS "Battery Management System "), consumers of electrical energy 13, 14, 15, etc. (forming a consumer assembly) including, for example, the air conditioning compressor, and at least one particular consumer which is an MV traction electric motor, not supplied during charging.
  • an electric charger 11 typically a converter of alternating current into direct current, or only a connector for recharging into direct current
  • a traction battery 12 typically a lithium battery, or even a nickel battery, equipped with a battery management system (BMS "Battery Management System ")
  • consumers of electrical energy 13, 14, 15, etc. forming a consumer assembly
  • the air conditioning compressor and at least one particular consumer which is an
  • the power available to recharge the traction battery 12 is equal to the power supplied through the charger 11 by the energy supply equipment 25 (the charger 11 and the equipment 25 constituting a coupling of the vehicle network 10 to the terrestrial electrical network RET) from which all the powers consumed by the different consumers 13, 14, 15, etc. are subtracted. In the event that this difference is negative, the result is not a power available to recharge the traction battery but a power requested from the traction battery to supply electrical consumers 13, 14, 15, etc. despite the supply of energy through the charger 11 connected to the supply equipment 25 (the coupling).
  • a first El “inactive” state is the vehicle off state, in which the electric motor of the motor vehicle is switched off, and the charger 11 of the vehicle is also switched off, supplying no power to the on-board electrical network.
  • a second “connected” state E2 is a state in which the electric motor MT is also switched off, the vehicle is stopped, but in which the electric charger 11 is in operation, transmitting from the energy from the terrestrial electrical network RET to the on-board electrical network of the motor vehicle 10, or vice versa.
  • the wired connection has been set up, or a contactless charging equipment by fixed induction is used, vehicle stopped.
  • the transition between the “inactive” El state and the “connected” E2 state can be done in one direction or the other.
  • a third state E3 "movement" corresponds to the situation in which the electric traction motor MT operates, so as to move the motor vehicle 10 or at least transmit power to the train (s) of wheels driving.
  • the transition between the first state “inactive” El and the third state E3 "movement" can be done in one direction or the other.
  • a first mode Ml is a "charge" mode, in which the recharging of the traction battery 12 is authorized, and moreover guaranteed, and in which the charge level of the traction battery 12 is necessarily increasing over time. time.
  • the discharge of the traction battery to supply consumers 13, 14, 15, etc. is not authorized, as is the discharge of the traction battery to power the terrestrial electrical network through the charger 11.
  • Consumers 13, 14, 15 receive power from the terrestrial electrical network RET.
  • the traction battery 12 receives from the terrestrial electrical network RET the power available from it, after deduction of the power consumed by consumers 13, 14, 15, the operation of which can be, in certain variants, modulated or not according of the priority which is given to the fastest possible charging or not of the traction battery 12.
  • a second M2 mode is the "balance" mode.
  • the charge level of the traction battery 12 is necessarily constant, because the charge of the traction battery 12 is not authorized and its discharge is not either.
  • consumers 13, 14, 15, etc. are not powered by the traction battery 12 and the terrestrial electrical network RET cannot either receive power from the traction battery 12. Consumers 13, 14, 15 receive power from the terrestrial electrical network RET.
  • the state of charge of the traction battery 12 is thus preserved for later use, by prohibiting any use by consumers 13, 14, 15, or in certain variants by prohibiting any use by at least some of consumers 13, 14, 15.
  • a third mode M3 is the "discharge" mode in which the charge of the traction battery 12 is not authorized but on the other hand, its discharge is, for the benefit of consumers 13, 14, 15. Consequently the state of charge of the traction battery 12 can only drop over time.
  • the traction battery 12 can be used to power the electrical consumers 13, 14, 15, etc. if the terrestrial electrical network RET is not able to supply them with power at the height of their needs through the electric charger 11. But the traction battery 12 cannot supply the needs of the electrical network of terrestrial territory RET during peak consumption, because the coupling (the electric charger 11 and / or the supply equipment 25) does not allow it.
  • a fourth mode M4 is the "free" mode.
  • the traction battery 12 can be used to power consumers 13, 14, 15, etc. or supply the electrical network of terrestrial territory in the event of a consumption peak but can also receive power from said electrical network of terrestrial territory to increase its state of charge, in particular with a view to making an automobile journey.
  • a controller 20 which can be that of an external operator of charging equipment or which can be the property of owner of the motor vehicle 10 and who in any event is outside the vehicle, and not on board.
  • This "free" M4 mode is particularly interesting in the context of intelligent charging in the context of a smart grid.
  • the conditions for switching from one of the modes M1 to M4 to another of the modes Ml to M4 are chosen according to the technical characteristics of the motor vehicle 10 or its configuration, defined for the end user.
  • the passage conditions reflect the needs expressed by the user, and by the system itself.
  • these conditions can take into account the will of the user to charge the traction battery 12 or the fact that the motor vehicle 10 has identified that the temperature of the traction battery 12 is insufficient for optimal use of the traction chain of the vehicle and that it is necessary to use the energy of this battery to increase its temperature by means of a heating, for example a resistive heating.
  • the four management modes M1 to M4 aim to cover all the possible modes of life cases for optimized management of the vehicle's energy.
  • the supply of electrical energy by the charger 11 is maximum for the purpose of recharging the battery 12, the consumption of electrical energy by consumers 13, 14, 15, etc. is in any event limited by the supply capacity through the charger 11 and the state of charge of the traction battery 12 increases.
  • the supply of electrical energy through the charger 11 is regulated by the level of electrical consumption of consumers 13, 14, 15, etc.
  • the consumption of electrical energy by these consumers 13, 14, 15 is limited to the maximum supply capacity through the charger 11 (which depends on the charger 11 and the supply equipment 15).
  • the level of charge of the traction battery 12 is constant for the purposes of a subsequent rolling phase but it is chosen not to consume power from the terrestrial electrical network RET for the purpose of recharging the battery, in particular to reduce the bill for associated electricity.
  • the supply of electrical energy by the charger 11 is regulated by the electrical consumption of consumers 13, 14, 15, etc., but the energy consumption of consumers 13, 14, 15, etc. is not limited by the recharging equipment (charger 11 and supply equipment 25) since it can take advantage of the traction battery 12 and the charge level of the traction battery 12 is either constant or decreasing with the wire time.
  • the operation of consumers 13, 14, 15 is not limited (given their dimensioning which naturally allows them to be supplied by the traction battery 12).
  • the traction battery 12 compensates for the possible insufficiency of the coupling with the terrestrial electrical network RET to cover the needs of the consumers.
  • the “free” management mode M4 is not present, or accessible, in particular since it is not intended that the vehicle model concerned can operate with the use of smart grid type.
  • the management modes Ml, M2 and M3 are accessible.
  • the M2 mode which constitutes the default mode.
  • all the transitions between the three modes are possible.
  • the invention presented allows the good management of the energy of the traction battery 12. This energy management is simplified by the use of general modes (or macro modes), in which certain operation of the vehicle is guaranteed. These modes allow the supply of electrical power in E2 "connected” state for recharging the traction battery 12, thermal pre-conditioning of the vehicle interior and cooling or heating of the traction battery 12 in a situation of extreme temperature, hot or cold. Other supplies of electrical energy are possible in "connected” mode, for example with headlights, or even with any removable tool used by the user and connected to the vehicle's 12V network.
  • the transition between the four modes M1 to M4 constitutes the implementation of a state machine with four states corresponding to the four general modes described. In each mode, the operation is certain. It makes it possible to know the priorities of energy supplies and to make sure that these priorities are respected.
  • each of the macro modes corresponds to a desired behavior, without further details.
  • the technical solution to be implemented to obtain the desired behavior is left to the discretion of the developers.
  • the desired behaviors correspond in particular to the will of the user of the motor vehicle 10.
  • the system includes lists of conditions for switching from one mode Ml to M4 to another of the modes Ml to M4 and the definition of these transition conditions is at the discretion of the developers of motor vehicle models 10.
  • a need expressed by the user of the motor vehicle 10 may be to wish to recharge the traction battery 12.
  • a need expressed by the motor vehicle 10 itself may be the need to heat the traction battery 12 in the event of cold intense, or cool it in case of intense heat.
  • Management modes Ml to M4 define the control of the active elements of the vehicle's electrical circuit, from the traction battery 12 to the charger 11, as well as to the various electrical consumers 13, 14, 15, etc. some of which are supplied with a voltage of the order of 300 volts or more corresponding to the output voltage of the traction battery 12 and others are supplied with a lower voltage of the order of 12 V DC (very low voltage: TBT), within the framework of a conventional electrical network which can be itself powered by the on-board network directly connected to the traction battery 12, via a DC to DC power converter.
  • TBT very low voltage
  • the M4 (“free”) mode may not be installed in the motor vehicle 10, or may also be installed without being activated, while leaving the possibility for an operator to activate it after a long time. of use of the vehicle, when the conditions of use in connection with the terrestrial electrical network of RET are met for an adapted use of the intelligent grid type (smart grid) to allow the territorial electrical network to be helped in terms of supply of power by the traction battery 12 of the motor vehicle 10, and those of other similar vehicles.
  • the intelligent grid type smart grid
  • the readability of the order control over time is improved for the benefit of all stakeholders, from the developer to the user.
  • the invention offers significant flexibility to those involved in the development process of each model of motor vehicle.
  • the invention makes it easy to develop physical protection strategies for the system and its components.

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Abstract

Procédé de gestion d'énergie électrique au sein d'un véhicule automobile relié à une source électrique externe, comprenant une mise en place d'un couplage, avec la source électrique externe, d'un réseau électrique du véhicule auquel est couplée une batterie de traction du véhicule et un ensemble consommateur de puissance électrique du véhicule, le procédé comprenant de plus une mise en œuvre d'un mode de gestion de l'énergie parmi au moins un premier mode (M1) dans lequel la batterie de traction reçoit de la source électrique externe une puissance électrique disponible, un deuxième mode (M2) dans lequel l'état de charge de la batterie est préservé pour une utilisation ultérieure, et un troisième mode (M3) dans lequel la batterie de traction supplée à une éventuelle insuffisance du couplage avec la source électrique externe pour couvrir les besoins de l'ensemble consommateur.

Description

DESCRIPTION
RECHARGE DE LA BATTERIE D UN VEHICULE AUTOMOBILE
ELECTRIFIE
[0001] L'invention s'inscrit dans le domaine de la recharge de la batterie d'un véhicule automobile électrifié doté d'une fonction de recharge par le réseau électrique externe.
[0002] Ainsi, on s'intéresse aux véhicules strictement électriques, disposant d'un ou de plusieurs moteurs électriques et d'une batterie de traction alimentant ce ou ces moteurs électriques, ainsi qu'aux véhicules hybrides rechargeables disposant à la fois d'un moteur thermique et d'un moteur électrique, ce dernier étant alimenté par une batterie de traction susceptible d'offrir au véhicule une autonomie en mode purement électrique significative, de l'ordre de 10 à 60 km, par exemple. Parmi ces véhicules hybrides rechargeables, on s’intéresse, dans le cadre de la présente invention, autant à ceux dont le moteur thermique est couplé ou peut être couplé à un essieu pour la traction, qu’aux véhicules dans lesquels le moteur thermique sert à recharger la batterie en cours de trajet par un mécanisme de prolongation d’autonomie. Dans tous ces véhicules, la batterie de traction fournit une tension qui est souvent supérieure à 100 V, souvent de l’ordre de 200 à 400V, et le moteur, ou chaque moteur électrique de traction, est alimenté sous cette tension.
[0003] Sur ces véhicules, électriques ou hybrides rechargeables, la recharge de la batterie de traction, qui est souvent une batterie au lithium équipée d’un module de gestion de la batterie BMS "Battery Management System", peut se faire, à l’arrêt, par une connexion filaire à travers laquelle le réseau électrique du véhicule est couplé à une source d’énergie, en général le réseau électrique d'un fournisseur d'énergie sur un territoire terrestre donné. La recharge peut également se faire, toujours à l’arrêt et sous les mêmes principes, sans liaison filaire par un système d'induction permettant un transfert de puissance par des phénomènes magnétiques depuis toujours une borne reliée à la source d’énergie vers le réseau électrique interne du véhicule automobile.
[0004] L'invention porte, dans ce contexte, sur le domaine de la commande du système de gestion de la batterie BMS "Battery Management System", en lien avec la fonction d'échange avec le réseau électrique externe au véhicule.
[0005] Indépendamment de la fonction d'échange avec le réseau électrique externe, le système de gestion de la batterie BMS "Battery Management System" est susceptible de devoir prendre en compte en fonction des circonstances des besoins de consommateurs électriques du véhicule tels que le compresseur de la climatisation voire de la pompe à chaleur (climatisation réversible) embarquée du véhicule utilisée par exemple pour le pré conditionnement de l'habitacle du véhicule, le système de gestion de la température de la batterie de traction en climat extrême (température extérieure très froide ou très chaude, nécessitant un réchauffement ou un refroidissement), ou encore la recharge ou le maintien de charge d'une batterie de servitude, telle qu’une batterie classique au plomb à 12 V servant à alimenter de nombreux équipements connus du véhicule tels que la radio, l’éclairage de l’habitacle, les phares ou les moteur d’essuie-glaces.
[0006] Il est connu de piloter la recharge de la batterie de traction par le réseau électrique externe sans prendre compte ces autres tâches classiquement dédiées au système de gestion de la batterie BMS "Battery Management System". Ainsi il n'y a pas de gestion centralisée de l'énergie disponible quand une charge de la batterie de traction est en cours à l’aide du réseau électrique externe.
[0007] On remarque que dans certain cas, la puissance disponible pour le véhicule automobile auprès du réseau électrique externe peut être relativement faible, notamment dans le cas d'une recharge sur une prise domestique. On remarque par ailleurs que dans certains cas il y aurait un intérêt à ce qu'au contraire le véhicule automobile et plus précisément sa batterie de traction soient en mesure de fournir une puissance au réseau électrique externe, en cas de très forte demande sur celui-ci, une stratégie qui permettrait d'atténuer des sollicitations extrêmes des centrales électriques du territoire, par exemple l'hiver dans des pays au climat tempéré à froid, par exemple l’été dans les pays au climat chaud à très chaud.
[0008] On connaît du document US 2011/0282513_A1 une méthode par laquelle la charge de la batterie de traction ou sa décharge au profit du réseau électrique terrestre est faite en fonction d'un signal défini par l’utilisateur du véhicule. Là encore on ne module pas la fonction de recharge de la batterie de traction par une information relative aux autres fonctionnalités consommant de la puissance électrique dans un véhicule automobile doté d'une batterie de traction.
[0009] Dans ce contexte il est proposé un procédé de gestion de transferts d’énergie électrique au sein d’un véhicule automobile relié à une source électrique externe, comprenant une mise en place d’un état de couplage, avec la source électrique externe, d’un réseau électrique du véhicule auquel est couplée une batterie de traction du véhicule et un ensemble consommateur de puissance électrique du véhicule. [0010] Le procédé comprend de plus une mise en œuvre d’un mode de gestion de l’énergie parmi au moins un premier mode dans lequel la batterie de traction reçoit de la source électrique externe et par le couplage une puissance électrique disponible, un deuxième mode dans lequel l’état de charge de la batterie est préservé pour une utilisation ultérieure, et un troisième mode dans lequel la batterie de traction supplée à une éventuelle insuffisance du couplage avec la source électrique externe pour couvrir les besoins de l’ensemble consommateur.
[0011] De manière avantageuse et optionnelle,
[0012] la source électrique externe peut être un réseau électrique de territoire terrestre équipé d’un moyen de supervision énergétique externe au véhicule, et un quatrième mode dans lequel la batterie de traction peut fournir de la puissance électrique au réseau électrique externe par ledit couplage est alors également disponible pour ladite mise en œuvre ;
la mise en œuvre peut être effectuée en réponse à au moins un besoin émis par un utilisateur du véhicule ou par un superviseur du véhicule ;
la mise en œuvre peut être effectuée en réponse à un besoin en pré-conditionnement thermique de l’habitacle du véhicule automobile, un besoin de recharge de la batterie de traction, ou un besoin de refroidissement ou de chauffage de la batterie de traction ;
la mise en place d’un couplage peut être effectuée par mise en œuvre d’un convertisseur électrique courant alternatif vers courant continu embarqué dans le véhicule automobile ; la mise en place d’un couplage peut être effectuée par mise en œuvre d’une prise de charge du véhicule automobile, d’une connexion filaire et d’une borne de recharge reliée à la source électrique externe ;
le procédé peut comprendre une sortie de l’état de couplage par basculement vers un état dans lequel un moteur électrique de traction du véhicule n’est pas alimenté électriquement par la batterie de traction et le réseau électrique du véhicule n’est plus couplé à la source électrique externe, suivi dans un deuxième temps d’une transition vers un état dans lequel le moteur électrique de traction est alimenté électriquement par la batterie de traction ;
un mode de gestion par défaut peut être le deuxième mode.
[0013] Il est également proposé un système de gestion de transferts d’énergie électrique au sein d’un véhicule automobile relié à une source électrique externe mettant en œuvre un procédé de gestion, toute transition entre deux quelconques desdits modes étant autorisée sans la nécessité de passer par un troisième desdits modes.
[0014] Il est aussi proposé un véhicule automobile comprenant un système de gestion de transferts d’énergie électrique, le véhicule étant un véhicule à motorisation électrique et à batterie de traction rechargeable à l’arrêt par une source externe ou un véhicule à motorisation hybride électrique et thermique, à batterie rechargeable à l’arrêt par une source externe.
[0015] L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d’exemple illustrant des modes de réalisation de l’invention et dans lesquels :
[0016] [Fig. 1] La figure 1 présente une architecture électrique d’un véhicule selon l’invention.
[0017] [Fig. 2] La figure 2 présente les différents états du véhicule et les transitions entre ceux-ci.
[0018] [Fig. 3] La figure 3 présente les différents modes de gestion de l’énergie selon un mode de réalisation de l’invention.
[0019] [Fig. 4] La figure 4 présente différents modes de gestion de l’énergie selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
[0020] En figure 1, on a représenté l’architecture du véhicule automobile 10 relié à un équipement de fourniture d’énergie pour la recharge pour véhicules électriques 25 de type borne fixe de recharge, reliée elle-même au réseau électrique de territoire terrestre RET, et alimentée en puissance électrique alternative par celui-ci.
[0021] Le véhicule automobile 10 comprend un chargeur électrique 11, typiquement un convertisseur de courant alternatif en courant continu, ou uniquement un connecteur pour recharge en courant continu (différents véhicules disposent des deux types de chargeurs, utilisés alternativement en fonction de la borne de recharge utilisée, qui peut fournir du courant alternatif ou du courant continu), une batterie de traction 12, typiquement une batterie au lithium, ou encore une batterie au nickel, équipée d’un système de gestion de la batterie (BMS "Battery Management System"), des consommateurs d’énergie électrique 13, 14, 15, etc. (formant un ensemble consommateur) dont, par exemple, le compresseur de climatisation, et au moins un consommateur particulier qui est un moteur électrique de traction MT, non alimenté en cours de charge.
[0022] Dans l’absolu, compte tenu d’un tel schéma, la puissance disponible pour recharger la batterie de traction 12 est égale à la puissance fournie à travers le chargeur 11 par l’équipement de fourniture d’énergie 25 (le chargeur 11 et l’équipement 25 constituant un couplage du réseau du véhicule 10 au réseau électrique terrestre RET) à laquelle sont soustraites toutes les puissances consommées par les différents consommateurs 13, 14, 15, etc. [0023] Dans l’hypothèse où cette différence est négative, le résultat n’est pas une puissance disponible pour recharger la batterie de traction mais une puissance demandée à la batterie de traction pour alimenter les consommateurs électriques 13, 14, 15, etc. malgré la fourniture d’énergie à travers le chargeur 11 relié à l’équipement de fourniture 25 (le couplage).
[0024] On précise, de plus, que selon les conventions de sécurité, à partir du moment où le chargeur 11 est en fonctionnement, ou que simplement le véhicule automobile 10 est relié à l’équipement de fournitures 15, le moteur de traction MT est éteint.
[0025] En figure 2, on a représenté les différents états du véhicule automobile 10.
[0026] Un premier état El « inactif » est l’état véhicule éteint, dans lequel le moteur électrique du véhicule automobile est éteint, et le chargeur 11 du véhicule est également éteint, ne fournissant aucune puissance au réseau électrique de bord.
[0027] Un deuxième état E2 « relié » (plug-in) est un état dans lequel le moteur électrique MT est également éteint, le véhicule est à l’arrêt, mais dans lequel le chargeur électrique 11 est en fonction, transmettant de l’énergie du réseau électrique de territoire terrestre RET au réseau électrique de bord du véhicule automobile 10, ou l’inverse. La connexion filaire a été mise en place, ou alors un équipement de recharge sans contact par induction fixe est utilisé, véhicule à l’arrêt.
[0028] La transition entre l’état El « inactif » et l’état E2 « relié » peut se faire dans un sens ou dans l’autre.
[0029] Un troisième état E3 « mouvement » correspond à la situation dans laquelle le moteur électrique de traction MT fonctionne, en sorte de faire avancer le véhicule automobile 10 ou du moins transmettre de la puissance au(x) train(s) de roues motrices.
[0030] Dans cet état E3, le chargeur électrique 11 n’est pas opérationnel, et il n’y a pas de transfert de puissance électrique entre le réseau électrique de territoire terrestre RET et le réseau électrique embarqué du véhicule automobile 10. En particulier, l’éventuelle connexion filaire est supprimée.
[0031] La transition entre le premier état El « inactif » et le troisième état E3 « mouvement » peut se faire dans un sens ou dans l’autre.
[0032] A l’inverse, la transition entre le deuxième état E2 « relié » et le troisième état E3 « mouvement » ne se fait que dans la direction de E3 « mouvement » vers E2 « relié ». En effet, il n’est pas prévu de passer directement du deuxième état E2 « relié », correspondant à la recharge notamment, au troisième état E3 « mouvement », correspondant à un trajet routier notamment, sans passer par le premier état El « inactif », dans lequel le véhicule est éteint, et ce pour des raisons d’ergonomie et de sécurité. [0033] En figure 3, on a représenté les quatre modes de gestion énergétique du véhicule automobile 10 connecté à l’équipement de fourniture d’électricité 15, dans l’état E2, selon un mode de réalisation de l’invention.
[0034] Un premier mode Ml est un mode « charge », dans lequel la recharge de la batterie de traction 12 est autorisée, et de plus garantie, et dans lequel le niveau de charge de la batterie de traction 12 est nécessairement croissant au fil du temps.
[0035] Dans ce mode Ml « charge », la décharge de la batterie de traction pour alimenter les consommateurs 13, 14, 15, etc. n’est pas autorisée, tout comme la décharge de la batterie de traction pour alimenter le réseau électrique de territoire terrestre à travers le chargeur 11. Les consommateurs 13, 14, 15 reçoivent de la puissance du réseau électrique terrestre RET. La batterie de traction 12 reçoit du réseau électrique terrestre RET la puissance disponible auprès de celui-ci, déduction faite de la puissance consommée par les consommateurs 13, 14, 15, dont le fonctionnement peut être, dans certaines variantes, modulé ou non en fonction de la priorité qui est donnée à la recharge la plus rapide possible ou non de la batterie de traction 12.
[0036] Un deuxième mode M2 est le mode « balance ». Dans ce mode, le niveau de la charge de la batterie de traction 12 est nécessairement constant, car la charge de la batterie de traction 12 n’est pas autorisée et sa décharge ne l’est pas non plus.
[0037] Ainsi, les consommateurs 13, 14, 15, etc. ne sont pas alimentés par la batterie de traction 12 et le réseau électrique de territoire terrestre RET ne peut pas non plus recevoir de puissance en provenance de la batterie de traction 12. Les consommateurs 13, 14, 15 reçoivent de la puissance du réseau électrique terrestre RET. L’état de charge de la batterie de traction 12 est ainsi préservé pour une utilisation ultérieure, en interdisant toute utilisation par les consommateurs 13, 14, 15, ou dans certaines variantes en interdisant toute utilisation par au moins certains des consommateurs 13, 14, 15.
[0038] Un troisième mode M3 est le mode « décharge » dans lequel la charge de la batterie de traction 12 n’est pas autorisée mais par contre, sa décharge l’est, au profit des consommateurs 13, 14, 15. En conséquence le niveau de l’état de charge de la batterie de traction 12 ne peut que baisser au fil du temps.
[0039] Dans ce mode M3 « décharge », la batterie de traction 12 peut être utilisée pour alimenter les consommateurs électriques 13, 14, 15, etc. si le réseau électrique terrestre RET n’est pas en mesure de leur fournir de la puissance à la hauteur de leurs besoins à travers le chargeur électrique 11. Mais la batterie de traction 12 ne peut pas suppléer aux besoins du réseau électrique de territoire terrestre RET en période de consommation de pointe, car le couplage (le chargeur électrique 11 et/ou l’équipement de fourniture 25) ne le permet pas.
[0040] Un quatrième mode M4 est le mode « libre ».
[0041] Dans ce mode, la charge de la batterie de traction 12 est autorisée et la décharge de la batterie de traction 12 est également autorisée. Ainsi, en fonction des circonstances, la batterie de traction 12 peut être utilisée pour alimenter les consommateurs 13, 14, 15, etc. ou alimenter le réseau électrique de territoire terrestre en cas de pic de consommation mais peut également recevoir de la puissance en provenance dudit réseau électrique de territoire terrestre pour augmenter son état de charge, notamment en vue de la réalisation d’un parcours automobile.
[0042] Il résulte dans ce mode M4 « libre » que la monotonie de l’évolution du niveau de l’état de charge de la batterie de traction 12 n’est pas garantie, ni recherchée.
[0043] Une supervision externe de l’état de charge de la batterie de traction 12 est confiée à un contrôleur 20 (figure 1), qui peut être celui d’un opérateur externe d’équipement de charge ou qui peut être la propriété du propriétaire du véhicule automobile 10 et qui en tout état de cause est extérieur au véhicule, et non embarqué. Ce mode M4 « libre » est particulièrement intéressant dans le cadre de la charge intelligente dans le contexte d’un réseau électrique intelligent ( smart grid).
[0044] On précise que le passage de n’importe lequel des modes Ml à M4 vers un autre des modes Ml à M4 quelconque est en tout état de cause possible, et que dans le cadre de l’initialisation du véhicule automobile 10, c’est en général le mode M2 « balance » qui est activé par défaut.
[0045] Les conditions de passage d’un des modes Ml à M4 à un autre des modes Ml à M4 sont choisies en fonction des particularités techniques du véhicule automobile 10 ou sa configuration, définie pour l’utilisateur final.
[0046] Les conditions de passage reflètent les besoins émis par l’utilisateur, et par le système lui-même.
[0047] Ainsi, ces conditions peuvent prendre en compte la volonté de l’utilisateur de charger la batterie de traction 12 ou le fait que le véhicule automobile 10 a repéré que la température de la batterie de traction 12 est insuffisante pour une utilisation optimale de la chaîne de traction du véhicule et qu’il est nécessaire d’utiliser l’énergie de cette batterie pour faire augmenter sa température par l’intermédiaire d’un chauffage, par exemple un chauffage résistif. [0048] Les quatre modes de gestion Ml à M4 visent à couvrir tous les modes possibles de cas de vie pour une gestion optimisée de l’énergie du véhicule.
[0049] Dans le mode Ml « charge », la fourniture d’énergie électrique par le chargeur 11 est maximale aux fins de recharger la batterie 12, la consommation d’énergie électrique par les consommateurs 13, 14, 15, etc. est limitée en tout état de cause par la capacité de fourniture à travers le chargeur 11 et l’état de charge de la batterie de traction 12 va croissant.
[0050] Dans le mode M2 « balance », la fourniture d’énergie électrique à travers le chargeur 11 est régulée par le niveau de consommation électrique des consommateurs 13, 14, 15, etc. La consommation d’énergie électrique par ces consommateurs 13, 14, 15 est limitée à la capacité maximale de fourniture à travers le chargeur 11 (qui dépend du chargeur 11 et de l’équipement de fourniture 15). Le niveau de charge de la batterie de traction 12 est constant aux fins d'une phase de roulement ultérieure mais il est choisi de ne pas consommer de puissance du réseau électrique terrestre RET aux fins de recharge de batterie, notamment pour réduire la facture d'électricité associée.
[0051] Dans le mode de gestion M3 « décharge », la fourniture d’énergie électrique par le chargeur 11 est régulée par la consommation électrique des consommateurs 13, 14, 15, etc., mais la consommation d’énergie des consommateurs 13, 14, 15, etc. n’est pas limitée par l’équipement de recharge (chargeur 11 et équipement de fourniture 25) puisqu’elle peut profiter de la batterie de traction 12 et le niveau de charge de la batterie de traction 12 est soit constant, soit décroissant au fil du temps. Ainsi, le fonctionnement des consommateurs 13, 14, 15 n’est pas limité (compte tenu de leur dimensionnement qui leur permet naturellement d’être alimentés par la batterie de traction 12). La batterie de traction 12 supplée à l’éventuelle insuffisance du couplage avec le réseau électrique terrestre RET pour couvrir les besoins des consommateurs.
[0052] Dans le mode de gestion M4 « libre », une supervision externe est menée pour décider de la fourniture d’énergie électrique au véhicule automobile 10 ou l’obtention d’énergie dudit véhicule au profit du réseau électrique terrestre RET. La consommation d’énergie par les consommateurs 13, 14, 15, etc. est supervisée par le superviseur externe ou contrôleur 20 et le niveau d’état de charge de la batterie de traction 12 peut varier à la hausse ou à la baisse en fonction des circonstances.
[0053] Selon un mode de réalisation présenté en figure 4, le mode de gestion M4 « libre » n’est pas présent, ou accessible, notamment car il n’est pas prévu que le modèle de véhicule concerné puisse fonctionner avec une utilisation de type smart grid. Il en résulte que seuls les modes de gestion Ml, M2 et M3 sont accessibles. Comme précédemment, en cas d’initialisation de la gestion du véhicule en état E2 « relié » (plug-in, typiquement), c’est le mode M2 qui constitue le mode par défaut. Dans le mode de réalisation de la figure 4, toutes les transitions entre les trois modes sont possibles.
[0054] L’invention présentée permet la bonne gestion de l’énergie de la batterie de traction 12. Cette gestion énergétique est simplifiée par l’utilisation de modes généraux (ou macros modes), dans lesquels un fonctionnement certain du véhicule est garanti. Ces modes permettent la fourniture de puissance électrique en état E2 « relié » pour la recharge de la batterie de traction 12, le pré-conditionnement thermique de l’habitacle du véhicule et le refroidissement ou le réchauffage de la batterie de traction 12 en situation de température extrême, chaude ou froide. D’autres fournitures d’énergie électrique sont possibles en mode « relié », par exemple aux phares, ou encore à un outillage amovible quelconque utilisé par l'utilisateur et branché sur le réseau 12V du véhicule.
[0055] La transition entre les quatre modes Ml à M4 constitue la mise en œuvre d’un automate d’états à quatre états correspondant aux quatre modes généraux décrits. Dans chacun des modes, le fonctionnement est certain. Il permet de connaître les priorités de fournitures d’énergie et de s’assurer que ces priorités sont respectées.
[0056] On précise, de plus, que chacun des macros modes correspond à un comportement souhaité, sans plus de précisions. La solution technique à mettre en œuvre pour obtenir le comportement souhaité est laissé à la discrétion des développeurs. Les comportements voulus correspondent notamment à la volonté de l’utilisateur du véhicule automobile 10.
[0057] Le système comprend des listes de conditions de passage d’un mode Ml à M4 à un autre des modes Ml à M4 et la définition de ces conditions de passages est à la discrétion des développeurs des modèles de véhicule automobile 10.
[0058] Ces conditions reflètent les besoins émis par l’utilisateur du véhicule automobile 10 ou par le véhicule automobile 10 lui-même. Un besoin formulé par l’utilisateur du véhicule automobile 10 peut être de souhaiter la recharge de la batterie de traction 12. Un besoin émis par le véhicule automobile 10 lui-même peut être le besoin de réchauffer la batterie de traction 12 en cas de froid intense, ou la refroidir en cas de chaleur intense.
[0059] Les modes de gestion Ml à M4 définissent le pilotage des éléments actifs du circuit électrique du véhicule, de la batterie de traction 12 au chargeur 11, ainsi qu’aux différents consommateurs électriques 13, 14, 15, etc. dont certains sont alimentés avec une tension de l’ordre de 300 volts ou plus correspondant à la tension de sortie de la batterie de traction 12 et d’autres sont alimentés par une tension plus faible de l’ordre de 12 V continu (très basse tension : TBT), dans le cadre d’un réseau électrique conventionnel qui peut être lui-même alimenté par le réseau de bord relié directement à la batterie de traction 12, par l’intermédiaire d’un convertisseur de puissance courant continu à courant continu.
[0060] On précise ainsi qu’on met en place une stratégie de contrôle qui commande et impacte tous les composants actifs consommant de la puissance électrique, qu’il s’agisse de consommateurs ou de producteurs durant toutes les phases de vie du véhicule électrique 10 dans lequel celui-ci est relié au réseau électrique de territoire terrestre, au sens de la réunion des conditions nécessaires pour la fourniture de puissance électrique de la part de la source d’énergie externe, qui, est en général constituée par le réseau électrique de territoire terrestre RET.
[0061] On précise que le mode M4 (« libre ») peut ne pas être installé dans le véhicule automobile 10, ou peut également être installé sans être activé, tout en laissant la possibilité à un opérateur de l’activer après un temps long d’utilisation du véhicule, lorsque les conditions d’utilisation en lien avec le réseau électrique de territoire terrestre RET sont réunies pour une utilisation adaptée de type grille intelligente ( smart grid ) pour permettre au réseau électrique de territoire d’être aidé en matière de fourniture de puissance par la batterie de traction 12 du véhicule automobile 10, et celles d'autres véhicules similaires.
[0062] Les processus présentés offrent une gestion simple de l’énergie, avec un module de commande également simplifié. Il en résulte une plus grande robustesse du module de commande et de contrôle et en cours de développement de chaque modèle de véhicule automobile, un gain en temps de conception et de validation.
[0063] La lisibilité du contrôle de commande dans le temps est améliorée au bénéfice de tous les intervenants, du développeur à l’utilisateur. L’invention offre une importante flexibilité aux intervenants du processus de développement de chaque modèle de véhicule automobile.
[0064] Il en résulte des gains comptables (financiers) en phase de développement des modèles de véhicules automobiles.
[0065] Qui plus est, sur un autre terrain, l’invention permet d’élaborer aisément des stratégies de protection physique du système et de ses composants.
[0066] À titre d’exemple, on citera le fait que si l’état de charge de la batterie de traction 12 approche une valeur de seuil inférieure en dessous de laquelle la batterie de traction 12 est susceptible de s’endommager, il est alors possible d’empêcher, en toutes circonstances, sa décharge en utilisant un des macros modes Ml à M4 choisi pour ce faire, en l’occurrence, le mode Ml ou le mode M2, tout en interdisant la transition vers les modes M3 et M4, le temps que la batterie de traction 12 retrouve un état de charge sans danger pour son intégrité, par l'utilisateur du mode Ml, immédiate ou différée.
[0067] Ainsi, il est possible de faire des gains comptables au cours de la vie des modèles de véhicules automobiles produits en série, puisque leur batterie de traction 12 sera protégée contre une décharge trop importante et contre la perte de capacité qui peut en découler.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1]. Procédé de gestion de transferts d’énergie électrique au sein d’un véhicule automobile (10) relié à une source électrique externe (RET), comprenant une mise en place (E2) d’un couplage (11, 25), avec la source électrique externe (RET), d’un réseau électrique du véhicule auquel est couplée une batterie de traction du véhicule (12) et un ensemble consommateur de puissance électrique du véhicule (13, 14, 15), caractérisé en ce que le procédé comprend de plus une mise en œuvre d’un mode de gestion de l’énergie parmi au moins un premier mode (Ml) dans lequel la batterie de traction (12) reçoit de la source électrique externe (RET) et par le couplage (11, 25) une puissance électrique disponible, un deuxième mode (M2) dans lequel l’état de charge de la batterie (12) est préservé pour une utilisation ultérieure, et un troisième mode (M3) dans lequel la batterie de traction (12) supplée à une éventuelle insuffisance du couplage (11, 25) avec la source électrique externe (RET) pour couvrir les besoins de l’ensemble consommateur (13, 14, 15).
[Revendication 2] . Procédé de gestion de transferts d’énergie électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source électrique externe (RET) est un réseau électrique de territoire terrestre (RET) équipé d’un moyen de supervision énergétique externe au véhicule (20), et un quatrième mode (M4) dans lequel la batterie de traction (12) peut fournir de la puissance électrique au réseau électrique externe (RET) par ledit couplage (11, 25) est également disponible pour ladite mise en œuvre.
[Revendication 3]. Procédé de gestion selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce la mise en œuvre est effectuée en réponse à au moins un besoin émis par un utilisateur du véhicule (10) ou par un superviseur du véhicule (10).
[Revendication 4] . Procédé de gestion de transferts d’énergie électrique selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la mise en œuvre est effectuée en réponse à un besoin en pré-conditionnement thermique de l’habitacle du véhicule automobile (10), un besoin de recharge de la batterie de traction (12), ou un besoin de refroidissement ou de chauffage de la batterie de traction (12).
[Revendication 5]. Procédé de gestion de transferts d’énergie électrique selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la mise en place (E2) d’un couplage (11, 25) est effectuée par mise en œuvre d’un convertisseur électrique courant alternatif vers courant continu (11) embarqué dans le véhicule automobile (10).
[Revendication 6] . Procédé de gestion de transferts d’énergie électrique selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la mise en place (E2) d’un couplage (11, 25) est effectuée par mise en œuvre d’une prise de charge du véhicule automobile, d’une connexion filaire et d’une borne de recharge (25) reliée à la source électrique externe (RET).
[Revendication 7]. Procédé de gestion de transferts d’énergie électrique selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend un basculement vers un état (El) dans lequel un moteur électrique de traction (MT) du véhicule n’est pas alimenté électriquement par la batterie de traction (12) et le réseau électrique du véhicule n’est plus couplé à la source électrique externe (RET), suivi dans un deuxième temps d’une transition vers un état (E3) dans lequel le moteur électrique de traction (MT) est alimenté électriquement par la batterie de traction (12).
[Revendication 8]. Procédé de gestion de transferts d’énergie électrique selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’un mode de gestion par défaut est le deuxième mode (M2).
[Revendication 9] . Système de gestion de transferts d’énergie électrique au sein d’un véhicule automobile (12) relié à une source électrique externe (RET) mettant en œuvre un procédé de gestion selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que toute transition entre deux quelconques desdits modes est autorisée sans la nécessité de passer par un troisième desdits modes. [Revendication 10]. Véhicule automobile (10) comprenant un système de gestion de transferts d’énergie électrique selon la revendication 9, caractérisé en ce que le véhicule (10) est un véhicule à motorisation électrique et à batterie de traction rechargeable à l’arrêt par une source externe ou un véhicule à motorisation hybride électrique et thermique, à batterie rechargeable à l’arrêt par une source externe.
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