EP4251459A1 - Dispositif d'alimentation d'un moteur électrique de véhicule automobile - Google Patents

Dispositif d'alimentation d'un moteur électrique de véhicule automobile

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EP4251459A1
EP4251459A1 EP21819092.4A EP21819092A EP4251459A1 EP 4251459 A1 EP4251459 A1 EP 4251459A1 EP 21819092 A EP21819092 A EP 21819092A EP 4251459 A1 EP4251459 A1 EP 4251459A1
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EP
European Patent Office
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energy source
power
electrical power
source
value
Prior art date
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Pending
Application number
EP21819092.4A
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German (de)
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Inventor
David Gerard
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Ampere SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
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    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
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    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to the field of electric or hybrid motor vehicles. More particularly, the invention relates to power supply devices intended to supply appropriate electrical power to the engine of these motor vehicles.
  • the electric motor receives the electrical power necessary for its operation, in particular from a main battery.
  • One of the issues in the development of electric vehicles is the vehicle's range of travel.
  • One solution envisaged to extend this autonomy is to associate an additional source of energy with the main battery, and it is in particular envisaged to associate a fuel cell system with the main battery.
  • the electric motor can thus be powered first by the main battery and, if necessary, by the fuel cell, when the charge of the main battery is insufficient to continue to do so, in order to increase the autonomy of the vehicle when the battery is completely discharged.
  • the fuel cell and the main battery are arranged parallel to each other to allow separate power supplies from the electric motor depending on the case of use, the electric motor being able to be powered simultaneously by the first power source formed by the main battery and the second power source formed by the fuel cell system.
  • the fuel cell can therefore directly supply the electric motor, by supplementing the main battery and can also, if necessary participate in recharging the battery while the vehicle is in motion.
  • the fuel cell system forms a range extender and is likely to be used to supply electrical energy to the engine of the vehicle
  • the production of electrical energy by the fuel cell is accompanied by a significant rise in temperature of the latter.
  • the fuel cell is thus associated with a cooling system which is specific to it and which aims to evacuate the calories by exchange with outside air, via a heat exchanger arranged on the front face of the vehicle for example.
  • manufacturers may be forced to oversize the heat exchanger to ensure that there are no fuel cell cooling problems, especially when outside temperatures are high.
  • the present invention falls within this context of fuel cell systems used as a range extender and the problem of cooling these systems, and it proposes an electrical power supply device for a motor vehicle electric motor, comprising at least one first energy source, at least one second energy source, and a control module making it possible to control, on the one hand, the first energy source to supply a first electric power and, on the other hand, the second source energy to provide a second electrical power.
  • the electrical power supply device is characterized in that the control module comprises a memory module in which is stored a maximum operating power value that can be supplied by the second energy source, this value of maximum operating power being a function of the cooling capacity of the second energy source.
  • the power supply device that is the subject of the invention falls within the context of the use of a second energy source making it possible to form an extension of autonomy, namely that this second source, and for example a generator of the fuel cell type, is on board the electric vehicle, being intended to increase the autonomy of the latter by ensuring the recharging of the first source and/or by powering the electric motor directly.
  • the power supply device is particular in that it makes it possible to ensure that the use of the second energy source, as a range extender, takes place under conditions which do not risk lead to overheating of this second source of energy, without however needing to oversize a cooling system associated with this second source.
  • the power supply device is characterized in that the control module is configured for:
  • the sum of the values of the first electric power and of the second electric power is equal to a target electric power intended for supplying the electric motor.
  • these two sources together generate a constant value corresponding to all or part of the electric power supplied to the electric motor.
  • the reduction in the electric power supplied by the first energy source is then accompanied by an increase in the electric power supplied by the second energy source in an equivalent proportion, so that the electric power supplied to the electric motor by the power supply device according to the invention remains at a constant value.
  • the first energy source comprises at least one electric battery.
  • This battery is capable of directly powering the electric motor of the vehicle when it is sufficiently charged.
  • This battery can in particular be configured to be recharged by an external energy source and/or by the second energy source.
  • the external energy source is a source of energy necessary for recharging the main battery and located outside the vehicle and it may for example consist of direct current from a supercharger or alternating current from a power outlet. current of a dwelling.
  • the second energy source comprises at least one fuel cell.
  • This fuel cell is capable of directly powering the electric motor of the vehicle, alternately or simultaneously with the first source of energy.
  • This fuel cell can in particular be configured to be able to recharge the first energy source.
  • the fuel cell system comprises, in addition to the fuel cell, a hydrogen tank and an air supply system.
  • the fuel cell system comprises a fuel cell cooling system, with in particular a heat exchanger capable of exchanging calories with a cooling fluid, for example air outside the vehicle.
  • the electrical power supply device can comprise at least one temperature sensor.
  • the control module can be configured to compare the detected temperature with a temperature threshold value, and to modify the control of the energy sources when the detected temperature exceeds the threshold value.
  • the operation of the power supply device electrical in this case where the share of electrical power generated by the second source is reduced, continues to favor a supply of the electric motor both by the first energy source and by the second energy source, in order to prolong despite everything , in lesser proportions but in an effective way all the same, the autonomy of the vehicle.
  • the value of the maximum operating power that can be supplied by the second energy source is variable as a function of the detected temperature.
  • the temperature detected by the temperature sensor may in particular be the outside temperature of the vehicle, but it should be noted that without departing from the context of the invention, the invention could consider an internal temperature of the vehicle, and for example close to the Fuel cell.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising an electric motor and an electric power supply device as just mentioned.
  • the invention also relates to a method for supplying an electric power requested by an electric power supply device of an electric motor as has just been mentioned above, the method comprising at least one step of comparison of the detected temperature with a temperature threshold value, a step of comparing the second electrical power demanded from the second energy source and the maximum operating power that can be supplied by the second energy source, when the detected temperature is greater than the temperature threshold value, and a step of decreasing the second electrical power demanded from the second source to a value equal or substantially equal to the maximum operating power that can be supplied by the second energy source, when the second electrical power demanded from the second energy source exceeds the maximum operating power that can be supplied by the second e source of energy.
  • the method may further comprise a step of adjusting the electrical power requested from the first energy source, so that the sum of the first electrical power requested from the first source and of the second electrical power requested from the second source remains equal to a target electric power intended for supplying the electric motor of the vehicle.
  • the electrical power requested from the second energy source remains unchanged when the electrical power requested from the second energy source is less than the maximum operating power that can be supplied by the second energy source and/or when the detected temperature is lower than the temperature threshold value.
  • FIG. 1 is a partial schematic view of an electric vehicle equipped with a power supply device according to the invention, capable of implementing the method according to the invention;
  • FIG. 2 is a flowchart representing the different steps of an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 3 is a flowchart similar to that of Figure 2 illustrating the different steps of an alternative embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a characteristic of the invention according to which at a given instant two electrical power sources of an electric motor are controlled to modify the power they provide respectively while maintaining a power constant target.
  • the electric vehicle 1, schematically illustrated in FIG. 1, comprises an electric motor 3 connected to at least one set of wheels 5 of the electric vehicle 1, the connection between the electric motor 3 and the set(s) of wheels allowing traction and/or vehicle propulsion.
  • the electric motor 3 is electrically powered via an electrical power supply device 6.
  • the electric vehicle 1 thus has an architecture in which the wheel set 5, the electric motor 3 and the power supply device 6 are arranged in series, the electrical energy produced by the power supply device 6 serving to power the electric motor for that it has the power necessary to drive the wheel set 5.
  • the current supplied by the electric power supply device 6 is a direct current which is converted by a first converter 9 into an alternating current suitable for the electric motor 3 .
  • the electrical power supply device 6 is specific in that it comprises at least two energy sources in parallel, respectively capable of supplying all or part of the electrical power desired for the motor 3.
  • the electrical power supply device 6 comprises in particular a first energy source 7, here taking at least the form of a main battery 8, which is capable of supplying a first electrical power PI according to the instruction of control given to it, and a second energy source 31, here taking at least the form of a fuel cell 33, which is capable of supplying a second electric power P2 according to the control instruction given to it given.
  • the main battery 8 is capable of keeping a quantity of electrical energy in reserve in order to supply it to the electric motor 3 when the need arises.
  • the main battery 8 is for example a lithium ion battery.
  • the first energy source 7 here further comprises a service battery 11 for the operation of accessories 15, for example light devices, and/or computers 17 of the electric vehicle 1 and/or a heating device 61 of a passenger compartment of the electric vehicle 1.
  • the service battery 11 can in particular be recharged by the main battery 8 by converting the high voltage direct current, for example 330 V, from the main battery 8 into a low voltage direct current, for example 14V, thanks to a second converter 13.
  • the main battery 8 can be recharged by an external energy source 21, 23.
  • An external energy source 21, 23 can be an alternating current coming from a household socket 21 which must be rectified. thanks to a third converter 25 internal to the electric car 1.
  • An external energy source 21, 23 can also be a direct current from a supercharger 23 which does not require passing through a converter.
  • the electrical power supply device 6 comprises the first energy source and a second energy source 31 in parallel, playing the role of a range extender 31, capable here of recharging the main battery. 8 and also to participate in the electrical supply of the electric motor instead of or in addition to the main battery 8.
  • the second energy source 31 comprises a fuel cell system 33, a compressor 37, at least one reservoir of a reducing fuel 39 and a cooling system 41.
  • the fuel cell 33 is able to generate an electrical power P2 by oxidation between the oxygen present in the air and provided by the compressor 37 and the reducing fuel, for example hydrogen, contained in the tanks 39.
  • the electrical power P2 is then transformed by means of an inverter 35 to be able to be directed towards the electric motor. If necessary, this electrical power P2 can also be used to recharge the main battery 8 of the electric vehicle 1.
  • the cooling system 41 comprises a cooling liquid which circulates in a loop in a pipe 43 which carries the cooling liquid between the fuel cell system 33 and a heat exchanger 47.
  • the circulation of the refrigerant fluid in the cooling system 41 is regulated by a pump 45.
  • the heat exchanger 47 allows the refrigerant fluid to discharge its calories by exchange with the air outside the electric vehicle 1.
  • the quantity of calories which can be discharged by the refrigerant fluid, and therefore the cooling capacity of the fuel cell associated with this cooling system is a function of the dimensioning of this heat exchanger and the configuration of the area of the vehicle in which this heat exchanger is positioned.
  • the cooling capacity of the fuel cell can vary according to the surface area of the exchange zone provided by the heat exchanger and/or the size of the grille on the front face of the vehicle. which lets in the air likely to pass through this exchange zone.
  • the electrical energy supply device 6 comprises at least one control module 51 which is configured in particular to control the supply of each of the energy sources 7, 31 and to determine the electrical power supply by each source. of energy in order to optimize the solicitation of each source according to their autonomy, in particular to obtain a target electric power P, that is to say the electric power necessary for the electric motor 3 so that it can drive the train of wheels 5 under the conditions desired by the driver or the vehicle electronics.
  • a target electric power P that is to say the electric power necessary for the electric motor 3 so that it can drive the train of wheels 5 under the conditions desired by the driver or the vehicle electronics.
  • control module 51 is configured to receive, or to calculate itself, an evaluation of the needs of the electric motor in electric power to respond to the driver's demands in traction/propulsion of the vehicle, for example according to the position of the accelerator pedal.
  • the control module 51 associated with the power supply device comprises a plurality of sensors not shown here, and among which for example a sensor of the level of charge of the main battery or a sensor of the operating state of the extender autonomy.
  • the control module 51 is in particular configured to take account of these qualitative or quantitative data to determine a distribution of the contributions of the first energy source 7 and of the second energy source 31 to generate the target electrical power P.
  • the control module for example if the main battery 8 is fully charged and without this being limiting of the invention, controls the first energy source 7 and the second energy source 31 so that the main battery 8 generates all of the target electric power P.
  • control module for example if the main battery 8 is discharged and without this being limiting of the invention, controls the first energy source 7 and the second energy source 31 so that the fuel cell 33 generates all of the target electrical power P.
  • the control module drives the first energy source 7 and the second energy source 31 so that each of the sources participates, according to a distribution defined by the control module 51, in generating the power electric target.
  • the sum of the values of the first electric power PI that is to say the electric power generated by the first electric source 7 of the power supply device 6 and of the second electric power P2, that is to say the electric power generated by the second electric source 31 of the power supply device 6, is equal to the value of the target electric power P intended to the power supply of the electric motor 3.
  • a maximum operating electrical power of the second energy source is loaded into the memory of the control module 51.
  • This maximum operating power P max is a function of the cooling capacity of the second energy source, in particular here of the fuel cell 33, by the associated cooling system 41 .
  • the memory of the control module 51 can thus be loaded with a single maximum operating power value P max , it being understood that this value can vary from one vehicle to another depending on the size of the cooling system associated with the second source of energy.
  • the memory of the control module 51 may consist of a data table in which the maximum operating power P max is associated with a temperature, to take account of the cooling performance. variable depending on the temperature of the environment in which the cooling system 41 is immersed.
  • this maximum operating power P max is specific to the invention in that the electrical power supply device 6 is capable of taking several configurations for controlling the energy sources 7, 31 depending on whether or not this maximum electrical power is exceeded by the initial operation of the fuel cell. More particularly, the electric power supply device 6 of a motor vehicle electric motor is configured to compare the value of the second electric power P2 with the value of the maximum operating power P max that can be supplied by the second power source.
  • the trigger threshold value may be the temperature.
  • the electrical power supply device 6 comprises a temperature sensor 52 and the control module 51 is configured to recover a temperature value T ext detected by this sensor. It should be noted that without departing from the context of the invention, the control module could be configured to retrieve a temperature value from a temperature sensor also onboard the vehicle for other purposes and not specifically dedicated to the device. power supply.
  • the temperature sensor is configured to detect the temperature outside the vehicle, it being understood that the temperature detected by the sensor could be a temperature of the fuel cell or of another component of the second source of energy.
  • the temperature value T ext detected by the temperature sensor 52 can in particular be used in the first case of application, with the maximum power P max equal to a single value, independent of the temperature. It will be understood that when the detected temperature T ext is low, the thermal integration of the fuel cell system makes it possible to meet the cooling needs of the fuel cell system. Indeed, in this case, with the defined dimensioning of the heat exchanger forming part of the cooling system and arranged in particular on the front face of the vehicle, the high temperature difference between the operating temperature of the fuel cell system and the temperature detected enables efficient cooling of the fuel cell system.
  • the power supply device 6 is configured to allow a method of supplying an electrical power allowing the case appropriate to modify a first configuration Cfgl of the energy sources, if this involves delicate conditions for cooling the second energy source 31 and in particular the fuel cell 33 capable of equipping this second source.
  • the method according to the first embodiment 100 can be initiated by a request for electric power 101 from the electric motor.
  • This request can be sent in the direction of the control module 51, or else the control module is configured to retrieve operating data from the vehicle, for example a request for acceleration by the driver, to generate this request.
  • This request is analyzed by the control module 51 to define during a calculation step 110 a first control configuration Cfgl in which operating instructions are generated for each of the energy sources 7, 31.
  • a target electrical power P that is to say an overall electrical power value intended for the electric motor power supply.
  • this target electric power P is equal to 100% of the electric power supplied to the electric motor, without this being limiting of the invention, since the quantity of power supplied by the two sources of energy remain constant when switching from one control configuration mode to another.
  • the supply method according to the invention comprises a modification phase control of energy sources.
  • the phase for modifying the control of the energy sources begins with a step 120 of comparing electrical power, between the power requested from the second energy source 31 in the first control configuration Cfgl and the maximum operating power P max .
  • the control module 51 recovers the maximum operating power value P max in the memory provided for this purpose and considers the electrical power requested from the second energy source 31 in the first control configuration Cfgl.
  • the datum recovered as maximum operating power value P max can be a function of the temperature, it being considered that the detected temperature T ext or the temperature released by the fuel cell system can impact the cooling function.
  • an ambient temperature T ext or a temperature of the environment close to the cooling system, can be retrieved by the control module 51 to retrieve from the database, and in this case from a data table, a maximum power value adjusted to the detected temperature.
  • the control module 51 Conversely, if the electrical power value P2 requested from the second energy source in the first control configuration is greater than the value of the maximum operating power P max , the control module 51 generates a modification of the control instructions energy sources 7, 31 to modify their electrical power supply without penalizing the supply of the electric motor 3. More specifically, the control module sends an instruction 130 to reduce the electrical power requested from the second energy source 31, so that this second electrical power P2 is reduced to the level of the maximum operating power value P max . Thus, it is ensured that the cooling will be correctly carried out during operation of the fuel cell system and that it will be able to operate correctly.
  • control module sends, in an adjustment step 140, an instruction to increase the electrical power requested from the first energy source to maintain the target electrical power.
  • the method thus provides for a step of adjusting the electrical power P1 requested from the first energy source 7 as a function of the modification which has been made to the electrical power P2 requested from the second energy source 31, in order to maintain the target electrical power P.
  • control module 51 modifies the control instructions given to the two energy sources so that they are controlled according to a second control configuration Cfg2 distinct from the first control configuration Cfgl, but with a value of electric power delivered to the motor by the power supply device which remains unchanged, this value of electric power delivered to the motor by the power supply device being equal to the sum of the values of the first electric power PI, that is to say i.e. the electrical power generated by the first electrical source 7 of the power supply device 6 and the second electrical power P2, that is to say the electrical power generated by the second electrical source 31 of the power supply device 6.
  • FIG. 3 illustrates a second embodiment of the method according to the invention, which differs from what has been previously described in that the step of comparing the electrical power requested with the maximum operating power P max is initiated as a function of a temperature detected by a temperature sensor.
  • This second embodiment 200 thus comprises, after the step 110 of calculating the first control configuration in accordance with what has been previously described, a step 210 of comparing the detected temperature T ext with a temperature threshold value T max , the result of this step possibly resulting in maintaining the first control configuration Cfg1 or in the beginning of a phase for modifying the control of the sources in accordance with what has been described previously to obtain a second control configuration Cfg2.
  • the temperature threshold value T max can be retrieved by the control module 51 from an appropriate memory, during a data recovery step 215.
  • the power comparison performed by the control module 51 as it may have been mentioned previously remains the same but is only performed in this second embodiment when the detected temperature T ext exceeds a temperature threshold value T max .
  • a temperature value can be detected and the power supply device 6 can for this purpose comprise a temperature sensor 52, it being understood however that the value of temperature could also be recovered in the vehicle's management electronics.
  • the temperature considered here may in particular be the ambient temperature, outside the vehicle, or else be the temperature of the area of the underbody of the vehicle in which the fuel cell system is mainly arranged.
  • the maximum operating power P max recovered in the 'data recovery step 115, is here independent of the detected temperature.
  • this second embodiment of the supply method has a purpose similar to that of the first embodiment, with the obtaining of a second control configuration Cfg2, distinct from the first configuration control Cfgl, when a detected value is greater than an operating threshold value.
  • FIG. 4 the transition from one control configuration to another has been illustrated, in particular in the case where the method for supplying electrical power takes account of the exceeding of a temperature threshold value to initiate the modification of the configurations control, to illustrate the fact that the sum of the electrical power values respectively supplied by the first and the second energy source remains the same in the first configuration and in the second configuration.
  • the first energy source is controlled so as to generate a first electric power Pli and the second energy source is controlled so as to generate a second electric power P21.
  • the value of the first electric power Pli and the value of the second electric power P21 are such that their sum is equal to the value P of the electric power delivered by the supply device 6 to the electric motor 3.
  • the second energy source is controlled so as to bring the electrical power generated to a value equal to the maximum operating power Pmax.
  • the first energy source is controlled so as to generate a first electrical power P12 of a value greater than that of the first electrical power Pli of the first configuration, so as to compensate for the reduction in power generated by the second control configuration of the second energy source.
  • the value of the first electrical power P12 and the value of the second electrical power are such that their sum is equal to the value P of the power electric delivered by the supply device 6 to the electric motor 3.
  • the invention achieves the object it had set itself, and makes it possible to propose a method for supplying electrical energy to an electric vehicle motor making it possible to optimize the operation two energy sources capable of electrically supplying an electric motor in parallel.
  • this invention makes it possible to extend the autonomy of a motor vehicle without penalizing the electric power necessary to be delivered to the electric motor so that the latter can provide the performance desired by the driver of the vehicle, and without risking creating a malfunction of the additional energy source forming a range extender.
  • the invention is not limited to the examples which have just been described and many adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'alimentation électrique d'un moteur électrique de véhicule automobile, comprenant une première source d'énergie (7) et une deuxième source d'énergie (31), et un module de mémoire dans laquelle est stockée une valeur de puissance maximale de fonctionnement (Pmax) pouvant être fournie par la deuxième source d'énergie, cette valeur de puissance maximale de fonctionnement (Pmax) étant fonction de la capacité de refroidissement de la deuxième source d'énergie.

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Dispositif d'alimentation d'un moteur électrique de véhicule automobile
La présente invention se rapporte au domaine des véhicules automobiles électriques ou hybrides. Plus particulièrement, l’invention concerne les dispositifs d’alimentation destinés à fournir une puissance électrique appropriée au moteur de ces véhicules automobiles.
Dans les véhicules électriques ou hybrides, le moteur électrique reçoit la puissance électrique nécessaire à son fonctionnement notamment de la part d’une batterie principale.
Une des problématiques du développement des véhicules électriques consiste en l’autonomie de déplacement du véhicule. Une solution envisagée pour prolonger cette autonomie est d’associer à la batterie principale une source d’énergie additionnelle, et il est notamment envisagé d’associer à la batterie principale un système de pile à combustible. Le moteur électrique peut ainsi être alimenté en premier lieu par la batterie principale et, le cas échéant, par la pile à combustible, lorsque la charge de la batterie principale est insuffisante pour continuer à le faire, afin d’augmenter l’autonomie du véhicule lorsque la batterie est totalement déchargée.
Dès lors, il peut être considéré que la pile à combustible et la batterie principale sont agencées parallèlement l’une à l’autre pour permettre des alimentations électriques distinctes du moteur électrique selon le cas d’usage, le moteur électrique pouvant être alimenté simultanément par la première source d’énergie formée par la batterie principale et par la deuxième source d’énergie formée par le système de pile à combustible.
Dans une telle configuration, où le système de pile à combustible est à considérer comme un prolongateur d’autonomie de la batterie principale, la pile à combustible peut donc alimenter directement le moteur électrique, en suppléant la batterie principale et peut également, le cas échéant participer à la recharge de la batterie en cours de roulage du véhicule.
Une autre utilisation du système de piles à combustible est notamment décrite dans le document DE102015011274, relativement au chauffage de l’habitacle. Ce document évoque un pilotage de la pile à combustible spécifique en ce qu’il peut être modifié en fonction de la détection d’une température extérieure. Plus particulièrement, lorsque la température détectée est inférieure à une valeur donnée, la part de la puissance électrique fournie par la pile à combustible est augmentée, notamment pour être capable de répondre aux demandes de chauffage de l'habitacle.
En effet, dans tous les cas, et notamment dans les cas précités où le système à pile à combustible forme un prolongateur d’autonomie et est susceptible d’être utilisé pour fournir de l’énergie électrique au moteur du véhicule, la production d’énergie électrique par la pile à combustible s’accompagne d’une montée en température importante de cette dernière. Au sein du système à pile à combustible, la pile à combustible est ainsi associée à un système de refroidissement qui lui est propre et qui vise à évacuer les calories par échange avec de l’air extérieur, via un échangeur thermique agencé en face avant du véhicule par exemple. Afin de s’assurer du bon fonctionnement de la pile à combustible quelles que soient les conditions dans lesquelles le véhicule roule et notamment quelles que soient les températures de l’air extérieur, les constructeurs peuvent être poussés à surdimensionner l’échangeur thermique pour s’assurer qu’il n’y ait pas de problèmes de refroidissement de la pile à combustible, notamment lorsque les températures extérieures sont élevées.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte de systèmes de pile à combustible utilisé comme prolongateur d’autonomie et de la problématique de refroidissement de ces systèmes, et elle propose un dispositif d’alimentation électrique d’un moteur électrique de véhicule automobile, comprenant au moins une première source d’énergie, au moins une deuxième source d’énergie, et un module de contrôle permettant de piloter d’une part la première source d’énergie pour fournir une première puissance électrique et d’autre part la deuxième source d’énergie pour fournir une deuxième puissance électrique.
Selon l’invention, le dispositif d’alimentation électrique est caractérisé en ce que le module de contrôle comporte un module de mémoire dans laquelle est stockée une valeur de puissance maximale de fonctionnement pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie, cette valeur de puissance maximale de fonctionnement étant fonction de la capacité de refroidissement de la deuxième source d’énergie.
Le dispositif d’alimentation faisant l’objet de l’invention s’inscrit dans le contexte de l’utilisation d’une deuxième source d’énergie permettant de former un prolongateur d’autonomie, à savoir que cette deuxième source, et par exemple un générateur de type pile à combustible, est embarquée dans le véhicule électrique en étant destiné à accroître l’autonomie de ce dernier en assurant la recharge de la première source et/ ou en alimentant directement le moteur électrique.
Le dispositif d’alimentation selon l’invention est particulier en ce qu’il permet de s’assurer que l’utilisation de la deuxième source d’énergie, en tant que prolongateur d’autonomie, se fait dans des conditions qui ne risquent pas de conduire à une surchauffe de cette deuxième source d’énergie, sans pour autant avoir besoin de surdimensionner un système de refroidissement associé à cette deuxième source.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le dispositif d’alimentation est caractérisé en ce que le module de contrôle est configuré pour :
- comparer la valeur de la deuxième puissance électrique à la valeur de la puissance maximale de fonctionnement pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie,
- modifier, lorsque la deuxième puissance électrique dépasse la puissance maximale de fonctionnement pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie, le pilotage de la deuxième source pour diminuer la valeur de la deuxième puissance électrique à une valeur sensiblement égale à celle de la puissance maximale de fonctionnement pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie, et
- modifier en conséquence le pilotage de la première source de manière à augmenter la première puissance électrique fournie par la première source d’énergie.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la somme des valeurs de la première puissance électrique et de la deuxième puissance électrique est égale à une puissance électrique cible destinée à l’alimentation du moteur électrique. Autrement dit, lorsque le moteur électrique est alimenté simultanément par la première source électrique et la deuxième source électrique, ces deux sources génèrent à elles deux une valeur constante correspondant à tout ou partie de la puissance électrique fournie au moteur électrique. Selon l’invention, la diminution de la puissance électrique fournie par la première source d’énergie est alors accompagnée d’une augmentation de la puissance électrique fournie par la deuxième source d’énergie dans une proportion équivalente, afin que la puissance électrique fournie au moteur électrique par le dispositif d’alimentation selon l’invention reste à valeur constante.
Selon des caractéristiques de l’invention, prises seules ou en combinaison : - la première source d’énergie comporte au moins une batterie électrique. Cette batterie est apte à alimenter directement le moteur électrique du véhicule lorsqu’elle est suffisamment chargée. Cette batterie peut notamment être configurée pour être rechargée par une source extérieure d'énergie et/ ou par la deuxième source d’énergie. La source d’énergie extérieure est une source d’énergie nécessaire au rechargement de la batterie principale et située à l’extérieur du véhicule et elle peut par exemple consister un courant continu issu d’un superchargeur ou un courant alternatif d’une prise de courant d’une habitation.
- la deuxième source d’énergie comporte au moins une pile à combustible. Cette pile à combustible est apte à alimenter directement le moteur électrique du véhicule, de manière alternée ou simultanée avec la première source d’énergie. Cette pile à combustible peut notamment être configurée pour pouvoir recharger la première source d’énergie. Le système pile à combustible comporte, outre la pile à combustible, un réservoir d’hydrogène et un système d’alimentation en air. Le système pile à combustible comporte un système de refroidissement de la pile à combustible, avec notamment un échangeur thermique apte à échanger des calories avec un fluide de refroidissement, par exemple de l’air extérieur au véhicule.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le dispositif d’alimentation électrique peut comprendre au moins un capteur de température.
Le module de contrôle peut être configuré pour comparer la température détectée à une valeur seuil de température, et pour modifier le pilotage des sources d’énergie lorsque quand la température détectée dépasse la valeur seuil. De la sorte, et dans le contexte qui a été rappelé précédemment d’un dispositif d’alimentation selon l’invention particulier en ce qu’il permet de s’assurer que l’utilisation de la deuxième source d’énergie, en tant que prolongateur d’autonomie, se fait dans des conditions qui ne risquent pas de conduire à une surchauffe de cette deuxième source d’énergie, sans pour autant avoir besoin de surdimensionner un système de refroidissement associé à cette deuxième source, le fonctionnement du véhicule dans des conditions environnementales particulières, avec des températures élevées, est pris en charge par une gestion spécifique de l’alimentation électrique dans laquelle on privilégie l’utilisation de la première source d’énergie, et plus particulièrement la batterie principale, en privilégiant la sécurité de fonctionnement de la deuxième source d’énergie plutôt que l’autonomie du véhicule. Il convient toutefois de noter que le fonctionnement du dispositif d’alimentation électrique, dans ce cas où la part de puissance électrique générée par la deuxième source est diminuée, continue à privilégier une alimentation du moteur électrique à la fois par la première source d’énergie et par la deuxième source d’énergie, pour prolonger malgré tout, dans des proportions moindres mais de façon effective tout de même, l’autonomie du véhicule.
Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, la valeur de la puissance maximale de fonctionnement pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie est variable en fonction de la température détectée.
La température détectée par le capteur de température peut notamment être la température extérieure du véhicule, mais il convient de noter que sans sortir du contexte de l’invention, l’invention pourrait considérer une température interne au véhicule, et par exemple proche du système de pile à combustible.
L’invention concerne également un véhicule automobile comportant un moteur électrique et un dispositif d’alimentation électrique tel qu’il vient d’être évoqué.
L’invention a également pour objet un procédé de fourniture d’une puissance électrique demandée par un dispositif d’alimentation électrique d’un moteur électrique tel qu’il vient d’être évoqué ci-dessus, le procédé comprenant au moins une étape de comparaison de la température détectée à une valeur seuil de température, une étape de comparaison entre la deuxième puissance électrique demandée à la deuxième source d’énergie et la puissance maximale de fonctionnement pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie, lorsque la température détectée est supérieure à la valeur seuil de température, et une étape de diminution de la deuxième puissance électrique demandée à la deuxième source à une valeur égale ou sensiblement égale à la puissance maximale de fonctionnement pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie, lorsque la deuxième puissance électrique demandée à la deuxième source d’énergie dépasse la puissance maximale de fonctionnement pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie.
Le procédé peut par ailleurs comprend une étape d’ajustement de la puissance électrique demandée à la première source d’énergie, de sorte que la somme de la première puissance électrique demandée à la première source et de la deuxième puissance électrique demandée à la deuxième source reste égale à une puissance électrique cible destinée à l’alimentation du moteur électrique du véhicule. Selon une caractéristique optionnelle du procédé selon l’invention, la puissance électrique demandée à la deuxième source d’énergie reste inchangée lorsque la puissance électrique demandée à la deuxième source d’énergie est inférieure à la puissance maximale de fonctionnement pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie et/ ou lorsque la température détectée est inférieure à la valeur seuil de température.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[fig 1] La figure 1 est une vue schématique partielle d’un véhicule électrique équipé d’un dispositif d’alimentation électrique conforme à l’invention, susceptible de mettre en œuvre le procédé selon l’invention ;
[fig 2] La figure 2 est un logigramme représentant les différentes étapes d’un mode de réalisation du procédé selon l’invention ;
[fig 3] La figure 3 est un logigramme similaire à celui de figure 2 illustrant les les différentes étapes d’un mode de réalisation alternatif du procédé selon l’invention ;
[fig 4] La figure 4 est un diagramme illustrant une caractéristique de l’invention selon laquelle à un instant donné deux sources d’alimentation électrique d’un moteur électrique sont pilotées pour modifier la puissance qu’elles apportent respectivement tout en conservant une puissance cible constante.
Il faut tout d’abord noter que si les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, elles peuvent bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Il est également à noter que, sur l’ensemble des figures, les éléments similaires et/ ou remplissant la même fonction sont indiqués par la même numérotation.
Le véhicule électrique 1, illustré schématiquement sur la figure 1, comprend un moteur électrique 3 relié à au moins un train de roues 5 du véhicule électrique 1, la liaison entre moteur électrique 3 et train(s) de roues permettant la traction et/ ou la propulsion du véhicule.
Le moteur électrique 3 est alimenté électriquement par l’intermédiaire d’un dispositif d’alimentation en énergie électrique 6. Tel que cela peut être observé sur la figure 1, le véhicule électrique 1 présente ainsi une architecture dans laquelle le train de roues 5, le moteur électrique 3 et le dispositif d’alimentation 6 sont agencés en série, l’énergie électrique produite par le dispositif d’alimentation 6 servant à alimenter le moteur électrique pour que celui-ci dispose de la puissance nécessaire pour entraîner le train de roues 5. Le courant fourni par le dispositif d’alimentation électrique 6 est un courant continu qui est converti par un premier convertisseur 9 en un courant alternatif adapté pour le moteur électrique 3.
Tel que cela va être détaillé ci-après, le dispositif d’alimentation électrique 6 est spécifique en ce qu’il comporte au moins deux sources d’énergie en parallèle, respectivement aptes à fournir tout ou partie de la puissance électrique souhaitée pour le moteur électrique 3. Le dispositif d’alimentation électrique 6 comporte notamment une première source d’énergie 7, prenant ici au moins la forme d’une batterie principale 8, qui est apte à fournir une première puissance électrique PI en fonction de l’instruction de pilotage qui lui est donnée, et une deuxième source d’énergie 31, prenant ici au moins la forme d’une pile à combustible 33, qui est apte à fournir une deuxième puissance électrique P2 en fonction de l’instruction de pilotage qui lui est donnée.
La batterie principale 8 est apte à garder en réserve une quantité d’énergie électrique afin de la fournir au moteur électrique 3 lorsque le besoin s’en fait sentir. La batterie principale 8 est par exemple une batterie Lithium ion.
La première source d’énergie 7 comporte ici en outre une batterie de servitude 11 pour le fonctionnement d’accessoires 15, par exemple des dispositifs lumineux, et/ou de calculateurs 17 du véhicule électrique 1 et/ou d’un dispositif de chauffage 61 d’un habitacle du véhicule électrique 1. La batterie de servitude 11 peut notamment être rechargée par la batterie principale 8 en convertissant le courant continu haute tension, par exemple de 330 V, issu de la batterie principale 8 en un courant continu basse tension, par exemple 14V, grâce à un deuxième convertisseur 13.
La batterie principale 8 peut être rechargée par une source d’énergie extérieure 21, 23. Une source d’énergie extérieure 21, 23 peut être un courant alternatif en provenance d’une prise de courant d’une habitation 21 qu’il faut redresser grâce à un troisième convertisseur 25 interne à la voiture électrique 1. Une source d’énergie extérieure 21, 23 peut aussi être un courant continu issu d’un superchargeur 23 qui ne nécessite pas de passer par un convertisseur. Tel qu’évoqué précédemment, le dispositif d’alimentation électrique 6 comporte en parallèle la première source d’énergie et une deuxième source d’énergie 31, jouant le rôle d’un prolongateur d’autonomie 31, susceptible ici de recharger la batterie principale 8 et par ailleurs de participer à l’alimentation électrique du moteur électrique à la place de ou de façon complémentaire à la batterie principale 8.
La deuxième source d’énergie 31 comprend un système de pile à combustible 33, un compresseur 37, au moins un réservoir d’un combustible réducteur 39 et un système de refroidissement 41. La pile à combustible 33 est apte à générer une puissance électrique P2 par l’oxydation entre l'oxygène présent dans l'air et apporté par le compresseur 37 et le combustible réducteur, par exemple de l'hydrogène, contenu dans les réservoirs 39. La puissance électrique P2 est ensuite transformée par l’intermédiaire d’un onduleur 35 pour pouvoir être dirigé vers le moteur électrique. Le cas échéant, cette puissance électrique P2 peut également être utilisée pour recharger la batterie principale 8 du véhicule électrique 1.
La réaction d’oxydation qui se produit dans la pile à combustible 33 génère des calories qui sont évacuées par le système de refroidissement 4L Le système de refroidissement 41 comprend un liquide de refroidissement qui circule en boucle dans une conduite 43 qui transporte le liquide de refroidissement entre le système de piles à combustible 33 et un échangeur thermique 47. La circulation du fluide réfrigérant dans le système de refroidissement 41 est régulée par une pompe 45. L’échangeur thermique 47 permet au fluide réfrigérant de se décharger de ses calories par échange avec l’air extérieur au véhicule électrique 1. Il convient de noter que la quantité de calories qui peuvent être déchargées par le fluide réfrigérant, et donc la capacité de refroidissement de la pile à combustible associée à ce système de refroidissement, est fonction du dimensionnement de cet échangeur de chaleur et de la configuration de la zone du véhicule dans laquelle cet échangeur thermique est positionné. A titre d’exemple non limitatif, la capacité de refroidissement de la pile à combustible peut varier en fonction de la superficie de la zone d’échange fournie par l’échangeur thermique et/ ou de la dimension de la grille en face avant du véhicule qui laisse entrer l’air susceptible de passer dans cette zone d’échange.
Le dispositif d’alimentation en énergie électrique 6 comprend au moins un module de contrôle 51 qui est configuré notamment pour piloter l’alimentation de chacune des sources d’énergie 7, 31 et déterminer l’apport de puissance électrique par chaque source d’énergie afin d’optimiser la sollicitation de chaque source en fonction de leur autonomie notamment pour obtenir une puissance électrique cible P, c’est-à-dire la puissance électrique nécessaire au moteur électrique 3 pour qu’il puisse entraîner le train de roues 5 dans les conditions souhaitées par le conducteur ou l’électronique du véhicule.
Afin de pouvoir piloter au mieux le fonctionnement de chacune des sources 7, 31 pour générer au final cette puissance électrique cible P, le module de contrôle 51 est configuré pour recevoir, ou pour calculer lui-même, une évaluation des besoins du moteur électrique en puissance électrique pour répondre aux demandes du conducteur en traction/ propulsion du véhicule, par exemple en fonction de la position de la pédale d’accélérateur.
Le module de contrôle 51 associé au dispositif d’alimentation selon l’invention comporte une pluralité de capteurs ici non représentés, et parmi lesquels par exemple un capteur du niveau de charge de la batterie principale ou un capteur de l’état de fonctionnement du prolongateur d’autonomie.
Le module de contrôle 51 est notamment configuré pour tenir compte de ces données qualitatives ou quantitatives pour déterminer une répartition des apports de la première source d’énergie 7 et de la deuxième source d’énergie 31 pour générer la puissance électrique cible P.
Dans une première configuration de fonctionnement, le module de contrôle, par exemple si la batterie principale 8 est en pleine charge et sans que cela soit limitatif de l’invention, pilote la première source d’énergie 7 et la deuxième source d’énergie 31 de sorte que la batterie principale 8 génère la totalité de la puissance électrique cible P.
Dans une deuxième configuration de fonctionnement, le module de contrôle, par exemple si la batterie principale 8 est déchargée et sans que cela soit limitatif de l’invention, pilote la première source d’énergie 7 et la deuxième source d’énergie 31 de sorte que la pile à combustible 33 génère la totalité de la puissance électrique cible P.
Dans une troisième configuration de fonctionnement, le module de contrôle pilote la première source d’énergie 7 et la deuxième source d’énergie 31 de sorte que chacune des sources participe, selon une répartition définie par le module de contrôle 51, à générer la puissance électrique cible. En d’autres termes, quelle que soit la configuration de fonctionnement mise en œuvre par le module de contrôle, la somme des valeurs de la première puissance électrique PI, c’est-à-dire la puissance électrique générée par la première source électrique 7 du dispositif d’alimentation 6 et de la deuxième puissance électrique P2, c’est-à-dire la puissance électrique générée par la deuxième source électrique 31 du dispositif d’alimentation 6, est égale à la valeur de la puissance électrique cible P destinée à l’alimentation du moteur électrique 3.
Selon l’invention, une puissance électrique de fonctionnement maximal de la deuxième source d’énergie, autrement appelée par la suite de la description puissance maximale de fonctionnement Pmax, est chargée dans la mémoire du module de contrôle 51. Cette puissance maximale de fonctionnement Pmax est fonction de la capacité de refroidissement de la deuxième source d’énergie, notamment ici de la pile à combustible 33, par le système de refroidissement 41 associé. La mémoire du module de contrôle 51 peut ainsi être chargée avec une valeur unique de puissance maximale de fonctionnement Pmax, étant entendu que cette valeur peut varier d’un véhicule à l’autre en fonction de la dimension du système de refroidissement associé à la deuxième source d’énergie.
Par ailleurs, et tel que cela sera évoqué ci-après, la mémoire du module de contrôle 51 peut consister en une table de données dans laquelle la puissance maximale de fonctionnement Pmax est associée à une température, pour tenir compte des performances de refroidissement variables en fonction de la température de l’environnement dans lequel le système de refroidissement 41 est plongé.
Tel que cela va être décrit ci-après, notamment en référence à la figure 2, cette puissance maximale de fonctionnement Pmax est spécifique de l’invention en ce que le dispositif d’alimentation électrique 6 est apte à prendre plusieurs configurations de pilotage des sources d’énergie 7, 31 en fonction du dépassement ou non de cette puissance électrique maximum par le fonctionnement initial de la pile à combustible. Plus particulièrement, le dispositif d’alimentation électrique 6 d’un moteur électrique de véhicule automobile est configuré pour comparer la valeur de la deuxième puissance électrique P2 à la valeur de la puissance maximale de fonctionnement Pmax pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie, puis pour modifier, lorsque la deuxième puissance électrique P2 dépasse la puissance maximale de fonctionnement Pmax pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie 31, le pilotage de la deuxième source pour diminuer la valeur de la deuxième puissance électrique à une valeur sensiblement égale à celle de la puissance maximale de fonctionnement Pmax, et enfin modifier en conséquence le pilotage de la première source de manière à augmenter la première puissance électrique PI fournie par la première source d’énergie 7.
De manière alternative, ou complémentaire, la valeur seuil de déclenchement peut-être la température. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, le dispositif d’alimentation électrique 6 comporte un capteur de température 52 et le module de contrôle 51 est configuré pour récupérer une valeur de température détectée Text par ce capteur. Il convient de noter que sans sortir du contexte de l’invention, le module de contrôle pourrait être configuré pour récupérer une valeur de température d’un capteur de température par ailleurs embarqué sur le véhicule à d’autres fins et non spécifiquement dédié au dispositif d’alimentation électrique.
Dans l’exemple illustré, le capteur de température est configuré pour détecter la température extérieure au véhicule, étant entendu que la température détectée par le capteur pourrait être une température de la pile à combustible ou d’un autre composant de la deuxième source d’énergie.
La valeur de température détectée Text par le capteur de température 52 peut notamment être utilisée dans le premier cas d’application, avec la puissance maximum Pmax égale à une valeur unique, indépendante de la température. On comprend que lorsque la température détectée Text est faible, l’intégration thermique du système pile à combustible permet de répondre aux besoins de refroidissement du système pile à combustible. En effet, dans ce cas, avec le dimensionnement défini de l’échangeur thermique formant partie du système de refroidissement et agencé notamment en face avant du véhicule, le delta de température élevé entre la température de fonctionnement du système pile à combustible et la température détectée permet un refroidissement efficace du système pile à combustible.
A contrario, lorsque la température extérieure Text est élevée, l’intégration thermique du système pile à combustible ne permet que partiellement de répondre aux besoins de refroidissement du système pile à combustible. En effet, dans ce cas, avec le dimensionnement défini de l’échangeur thermique formant partie du système de refroidissement et agencé notamment en face avant du véhicule, le delta de température entre la température de fonctionnement du système pile à combustible et la température détectée Text est faible et le système de refroidissement installé dans le véhicule ne permet plus de refroidir efficacement le système à pile à combustible. Il existe donc une valeur seuil de température Tmax à laquelle le circuit de refroidissement permet encore de refroidir le système pile à combustible et au-delà de laquelle la puissance thermique évacuable par le système de refroidissement est limitée et donc la puissance électrique générée par le système pile à combustible doit l’être également au niveau de la puissance maximale de fonctionnement Pmax pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie
Dans chacun des cas évoqués précédemment, et quelle que soit la valeur seuil considérée, que la température soit prise en compte ou non par exemple, le dispositif d’alimentation 6 est configuré pour permettre un procédé de fourniture d’une puissance électrique permettant le cas échéant de modifier une première configuration de pilotage Cfgl des sources d’énergie, si celle-ci implique des conditions délicates de refroidissement de la deuxième source d’énergie 31 et notamment de la pile à combustible 33 susceptible d’équiper cette deuxième source.
Un exemple de procédé, selon un premier mode de réalisation, va maintenant être décrit en référence au logigramme illustré sur la figure 2. Le procédé est mis en œuvre, dans le mode de réalisation illustré, par le module de contrôle 51 du véhicule électrique 1.
Le procédé selon le premier mode de réalisation 100 peut être initié par une requête en puissance électrique 101 du moteur électrique. Cette requête peut être envoyé en direction du module de contrôle 51, ou bien le module de contrôle est configuré pour aller récupérer des données de fonctionnement du véhicule, par exemple une demande d’accélération par le conducteur, pour générer cette requête.
Cette requête est analysée par le module de contrôle 51 pour définir lors d’une étape de calcul 110 une première configuration de pilotage Cfgl dans laquelle des instructions de fonctionnement sont générées pour chacune des sources d’énergie 7, 31. Tel que cela a pu être décrit précédemment, la somme des valeurs de puissance électrique PI, P2 générée par le fonctionnement de chaque source d’énergie 7, 31 est égale à une puissance électrique cible P, c’est à dire une valeur de puissance électrique globale destinée à l’alimentation du moteur électrique. Dans l’exemple ici décrit, cette puissance électrique cible P est égale à 100% de la puissance électrique fournie au moteur électrique, sans que cela soit limitatif de l’invention, dès lors que la quantité de puissance fournie par les deux sources d’énergie restent constante lorsque l’on passe d’un mode de configuration de pilotage à l’autre. Simultanément à la génération des instructions de commande des sources d’énergie 7, 31, ou au terme d’un laps de temps donné, sans que cela limitatif de l’invention, le procédé de fourniture selon l’invention comporte une phase de modification du pilotage des sources d’énergie.
Dans le premier mode de réalisation, la phase de modification du pilotage des sources d’énergie commence par une étape de comparaison 120 de puissance électrique, entre la puissance demandée à la deuxième source d’énergie 31 dans la première configuration de pilotage Cfgl et la puissance maximale de fonctionnement Pmax.
A cet effet, dans une étape de récupération de données 115, le module de contrôle 51 récupère la valeur de puissance maximale de fonctionnement Pmax dans la mémoire prévue à cet effet et considère la puissance électrique demandé à la deuxième source d’énergie 31 dans la première configuration de pilotage Cfgl. Dans une variante de ce premier mode de réalisation du procédé, et tel que cela est représenté en pointillé sur la figure 2, la donnée récupérée comme valeur de puissance maximale de fonctionnement Pmax peut être fonction de la température, étant considéré que la température détectée Text ou la température dégagée par le système de pile à combustible peut impacter sur la fonction de refroidissement. Dans cette variante, une température ambiante Text, ou une température de l’environnement proche du système de refroidissement, peut être récupérée par le module de contrôle 51 pour récupérer dans la base de données, et dans ce cas dans une table de données, une valeur de puissance maximum ajustée à la température détectée.
Si le résultat de cette étape de comparaison 120 est tel que la valeur de puissance électrique P2 demandée à la deuxième source d’énergie dans la première configuration de pilotage Cfgl est inférieure à la valeur de la puissance maximale de fonctionnement Pmax, la puissance demandée à chacune des sources d’énergie, et notamment à la pile à combustible formant la deuxième source d’énergie, reste inchangée et l’on conserve la première configuration de pilotage Cfgl .
A contrario, si la valeur de puissance électrique P2 demandée à la deuxième source d’énergie dans la première configuration de pilotage est supérieure à la valeur de la puissance maximale de fonctionnement Pmax, le module de contrôle 51 génère une modification des instructions de pilotage des sources d’énergie 7, 31 pour modifier leur apport en puissance électrique sans pénaliser l’alimentation du moteur électrique 3. Plus particulièrement, le module de contrôle envoie une instruction de diminution 130 de la puissance électrique demandée à la deuxième source d’énergie 31, pour que cette deuxième puissance électrique P2 soit réduite au niveau de la valeur de puissance maximale de fonctionnement Pmax. Ainsi, on s’assure que le refroidissement sera correctement effectué lors du fonctionnement du système de pile à combustible et qu’il pourra fonctionner correctement.
Simultanément, le module de contrôle envoie, dans une étape d’ajustement 140, une instruction d’augmentation de la puissance électrique demandée à la première source d’énergie pour conserver la puissance électrique cible. Le procédé prévoit ainsi une étape d’ajustement de la puissance électrique PI demandée à la première source d’énergie 7 en fonction de la modification qui a été faite à la puissance électrique P2 demandée à la deuxième source d’énergie 31, afin de conserver la puissance électrique cible P.
En d’autres termes, le module de contrôle 51 modifie les instructions de pilotage données aux deux sources d’énergie de sorte que celles-ci sont pilotés selon une deuxième configuration de pilotage Cfg2 distincte de la première configuration de pilotage Cfgl, mais avec une valeur de puissance électrique délivrée au moteur par le dispositif d’alimentation qui reste inchangée, cette valeur de puissance électrique délivrée au moteur par le dispositif d’alimentation étant égale à la somme des valeurs de la première puissance électrique PI, c’est-à-dire la puissance électrique générée par la première source électrique 7 du dispositif d’alimentation 6 et de la deuxième puissance électrique P2, c’est-à-dire la puissance électrique générée par la deuxième source électrique 31 du dispositif d’alimentation 6.
La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation du procédé selon l’invention, qui diffère de ce qui a été précédemment décrit en ce que l’étape de comparaison de la puissance électrique demandée à la puissance maximale de fonctionnement Pmax est initiée en fonction d’une température détecté par un capteur de température.
Ce deuxième mode de réalisation 200 comporte ainsi, après l’étape de calcul 110 de la première configuration de pilotage conforme à ce qui a été précédemment décrit, une étape de comparaison 210 de la température détectée Text à une valeur seuil de température Tmax, le résultat de cette étape pouvant déboucher sur le maintien de la première configuration de pilotage Cfgl ou sur le commencement d’une phase de modification du pilotage des sources conforme à ce qui a été décrit précédemment pour obtenir une deuxième configuration de pilotage Cfg2. De manière similaire à ce qui a été évoquée précédemment pour la valeur de puissance maximale de fonctionnement, la valeur seuil de température Tmax peut être récupérée par le module de contrôle 51 dans une mémoire appropriée, au cours d’une étape de récupération de données 215. En d’autres termes, la comparaison de puissance effectuée par le module de contrôle 51 telle qu’elle a pu être évoquée précédemment reste la même mais n’est opérée dans ce deuxième mode de réalisation que lorsque la température détectée Text dépasse une valeur seuil de température Tmax.
Il convient pour la mise en œuvre de ce deuxième mode de réalisation du procédé 200 qu’une valeur de température puisse être détectée et le dispositif d’alimentation 6 peut à cet effet comporter un capteur de température 52, étant entendu toutefois que la valeur de température pourrait être récupérée par ailleurs dans l’électronique de gestion du véhicule. La température considérée ici peut notamment être la température ambiante, à l’extérieur du véhicule, ou bien être la température de la zone du soubassement du véhicule dans laquelle le système de pile à combustible est agencé principalement.
Etant donné que la température extérieure Text, ou la température de l’environnement proche du système de pile à combustible, est prise en compte précédemment à la phase de modification du pilotage des sources, la puissance maximale de fonctionnement Pmax, récupérée dans l’étape de récupération de données 115, est ici indépendante de la température détectée.
Il doit être compris de la description de ce deuxième mode de réalisation du procédé de fourniture qu’il présente une finalité similaire à celle du premier mode de réalisation, avec l’obtention d’une deuxième configuration de pilotage Cfg2, distincte de la première configuration de pilotage Cfgl, dès lors qu’une valeur détectée est supérieure à une valeur seuil de fonctionnement.
Sur la figure 4, on a illustré le passage d’une configuration de pilotage à l’autre, notamment dans le cas où le procédé de fourniture de puissance électrique tient compte du dépassement d’une valeur seuil de température pour initier la modification des configurations de pilotage, pour illustrer le fait que la somme des valeurs de puissance électrique respectivement fournie par la première et la deuxième source d’énergie reste la même dans la première configuration et dans la deuxième configuration.
Plus particulièrement, dans la première configuration Cfgl, ici lorsque la température détectée Text est inférieure à la température seuil Tmax, la première source d’énergie est pilotée de manière à générer une première puissance électrique Pli et la deuxième source d’énergie est pilotée de manière à générer une deuxième puissance électrique P21. La valeur de la première puissance électrique Pli et la valeur de la deuxième puissance électrique P21 sont telles que leur somme est égale à la valeur P de la puissance électrique délivrée par le dispositif d’alimentation 6 au moteur électrique 3.
A l’instant où l’on passe d’une configuration à l’autre, ici quand la température détectée Text est égale à la valeur de température seuil Tma et parce que la puissance électrique demandée à la deuxième source dans la première configuration est supérieure à la puissance maximale de fonctionnement Pmax, la deuxième source d’énergie est pilotée de manière à ramener la puissance électrique générée à une valeur égale à la puissance maximale de fonctionnement Pmax. Dans le même temps, la première source d’énergie est pilotée de manière à générer une première puissance électrique P12 de valeur supérieure à celle de la première puissance électrique Pli de la première configuration, de manière à compenser la diminution de puissance générée par la deuxième configuration de pilotage de la deuxième source d’énergie. Là encore, dans cette deuxième configuration, la valeur de la première puissance électrique P12 et la valeur de la deuxième puissance électrique, ici égale à la puissance maximale de fonctionnement Pmax, sont telles que leur somme est égale à la valeur P de la puissance électrique délivrée par le dispositif d’alimentation 6 au moteur électrique 3.
L’invention, telle qu’elle vient d’être décrite, atteint bien le but qu’elle s’était fixée, et permet de proposer un procédé de fourniture d’énergie électrique à un moteur de véhicule électrique permettant d’optimiser le fonctionnement de deux sources d’énergie aptes à alimenter électriquement en parallèle un moteur électrique. Notamment, cette invention permet de prolonger l’autonomie d’un véhicule automobile sans pénaliser la puissance électrique nécessaire à délivrer au moteur électrique pour que celui-ci puisse assurer les performances souhaitées par le conducteur du véhicule, et sans risquer de créer un dysfonctionnement de la source d’énergie additionnelle formant prolongateur d’autonomie. Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d’alimentation électrique (6) d’un moteur électrique (3) de véhicule automobile, comprenant
- au moins une première source d’énergie (7, 8),
- au moins une deuxième source d’énergie (31, 33),
- un module de contrôle (51) permettant de piloter d’une part la première source d’énergie (7, 8) pour fournir une première puissance électrique (PI) et d’autre part la deuxième source d’énergie (31, 33) pour fournir une deuxième puissance électrique (P2), le dispositif d’alimentation électrique (6) étant caractérisé en ce que le module de contrôle (51) comporte un module de mémoire dans laquelle est stockée une valeur de puissance maximale de fonctionnement (Pmax) pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie (31, 33), cette valeur de puissance maximale de fonctionnement (Pmax) étant fonction de la capacité de refroidissement de la deuxième source d’énergie (31, 33).
2. Dispositif d’alimentation électrique (6) selon la revendication précédente, dans lequel le module de contrôle (51) est configuré pour :
- comparer la valeur de la deuxième puissance électrique (P2) à la valeur de la puissance maximale de fonctionnement (Pmax) pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie (31, 33),
- modifier, lorsque la deuxième puissance électrique (P2) dépasse la puissance maximale de fonctionnement (Pmax) pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie (31, 33), le pilotage de la deuxième source (31, 33) pour diminuer la valeur de la deuxième puissance électrique (P2) à une valeur sensiblement égale à celle de la puissance maximale de fonctionnement (Pmax) pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie (31, 33), et
- modifier en conséquence le pilotage de la première source (7, 8) de manière à augmenter la première puissance électrique (PI) fournie par la première source d’énergie (7, 8).
3. Dispositif d’alimentation électrique (6) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la somme des valeurs de la première puissance électrique (PI) et de la deuxième puissance électrique (P2) est égale à une puissance électrique cible (P) destinée à l’alimentation du moteur électrique (3) .
4. Dispositif d’alimentation électrique (6) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première source d’énergie comporte au moins une batterie électrique (8) et/ ou dans lequel la deuxième source d’énergie comporte au moins une pile à combustible (33).
5. Dispositif d’alimentation électrique (6) selon l’une des revendications précédentes et comprenant au moins un capteur de température (52), dans lequel le module de contrôle (51) est configuré pour comparer la température détectée (Text) à une valeur seuil de température (Tmax), le dispositif d’alimentation électrique étant configuré pour modifier le pilotage des sources d’énergie lorsque quand la température détectée (Text) dépasse la valeur seuil de température (Tmax).
6. Dispositif d’alimentation électrique (6) selon l’une des revendications 1 à 4 et comprenant au moins un capteur de température (52), dans lequel la valeur de la puissance maximale de fonctionnement (Pmax) pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie (31, 33) est variable en fonction de la température détectée (Text).
7. Véhicule automobile comportant un moteur électrique (3) et un dispositif d’alimentation électrique (6) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
8. Procédé de fourniture d’une puissance électrique demandée par un dispositif d’alimentation électrique (6) d’un moteur électrique selon l’une des revendications 5 ou 6, le procédé comprenant au moins : une étape de comparaison (210) de la température détectée à une valeur seuil de température, une étape de comparaison (120) entre la deuxième puissance électrique (P2) demandée à la deuxième source d’énergie et la puissance maximale de fonctionnement (pm) pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie (31, 33), lorsque la température détectée (Text) est supérieure à la valeur seuil de température (Tmax), une étape de diminution de la deuxième puissance électrique (P2) demandée à la deuxième source (31, 33) à une valeur égale ou sensiblement égale à la puissance maximale de fonctionnement (P„«) pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie (31, 33), lorsque la deuxième puissance électrique (P2) demandée à la deuxième source d’énergie dépasse la puissance maximale de fonctionnement (p„ ) pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie.
9. Procédé selon la revendication précédente, comprenant une étape d’ajustement (140) de la puissance électrique demandée à la première source d’énergie (7,8), de sorte que la somme de la première puissance électrique (PI) demandée à la première source et de la deuxième puissance électrique (P2) demandée à la deuxième source reste égale à une puissance électrique cible (P) destinée à l’alimentation du moteur électrique du véhicule.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, au cours duquel la deuxième puissance électrique demandée à la deuxième source d’énergie (31, 33) reste inchangée lorsque la puissance électrique demandée à la deuxième source d’énergie est inférieure à la puissance maximale de fonctionnement pouvant être fournie par la deuxième source d’énergie et/ou lorsque la température détectée (Text) est inférieure à la valeur seuil de température (Tmax).
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