FR2965977A1 - Dispositif et procede de regulation thermique d'accumulateur electrique - Google Patents

Dispositif et procede de regulation thermique d'accumulateur electrique Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de régulation thermique d'un accumulateur électrique, ladite régulation étant assurée par un fluide caloporteur parcourant ledit accumulateur, dans lequel, - on pilote un débit (Q ) et une température (T° ) dudit fluide, - on mesure (30) une température (T° ) dudit accumulateur, caractérisé en ce que - lorsque ladite température d'accumulateur est supérieure ou égale à un seuil minimal (T° ) de température prédéfini, on détermine une conductance globale de régulation (G) à atteindre, ladite conductance correspondant à une efficacité d'échange thermique entre ledit fluide caloporteur et ledit accumulateur, ledit échange thermique permettant de dissiper des pertes thermiques dudit accumulateur, puis - on ajuste (40) ledit débit et/ou ladite température de fluide en fonction de ladite conductance.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE REGULATION THERMIQUE D'ACCUMULATEUR ELECTRIQUE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte à un dispositif et à un procédé de gestion thermique d'accumulateur électrique. Le domaine technique de l'invention est, d'une façon générale, celui des véhicules électriques et des véhicules hybrides. Plus particulièrement, l'invention concerne le contrôle thermique d'accumulateurs électriques tels que, par exemple, des batteries ou des supercondensateurs, destinés entre autres à alimenter la chaîne de traction électrique desdits véhicules.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION On sait que les accumulateurs électriques ont tendance à s'échauffer durant leur fonctionnement de charge et de décharge. Ledit échauffement correspond, par définition, à des pertes énergétiques de l'accumulateur se propageant suivant un flux thermique, lesdites pertes influençant directement le vieillissement dudit accumulateur.
Pour tenter de dissiper ces pertes, dans l'état de la technique, on connaît l'enseignement des documents EP1699106 et EP1961601 qui divulguent des méthodes visant à réguler la température d'une batterie électrique en fonction de sa température, de celle d'un fluide caloporteur le parcourant et de celle de l'air ambiant.
On connaît également l'enseignement du document FR2918800 qui divulgue une méthode et un système visant à réguler la température d'une pile à combustible en fonction de sa température, de celle du fluide ainsi que du débit dudit fluide. Cette méthode peut vraisemblablement s'appliquer aux batteries de véhicules électriques et hybrides.
Les méthodes existantes utilisent généralement un critère de température de l'accumulateur dans une plage de fonctionnement nominal et, parfois, un critère de vitesse du véhicule lorsque l'efficacité du refroidissement en dépend, par exemple en présence d'échange avec l'air extérieur, ou lorsque le refroidissement implique des bruits nuisibles pour le conducteur et les passagers du véhicule.
Mais, en pratique, le vieillissement de l'accumulateur ainsi que les variations de sa sollicitation selon le profil et les conditions d'utilisation sont des critères qui agissent sensiblement sur l'efficacité de la régulation thermique.
En effet, l'absence de prise en compte de ces deux derniers critères entraîne une détérioration progressive de ladite régulation ainsi qu'une surconsommation des systèmes associés à cette régulation.
DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION L'invention propose de remédier aux inconvénients précédemment cités. Dans l'invention, on a réalisé une méthode de régulation thermique prenant en compte le profil et les conditions d'utilisation de l'accumulateur. L'invention a donc pour objet un procédé de régulation thermique d'un accumulateur électrique, ladite régulation étant assurée par un fluide caloporteur parcourant ledit accumulateur, dans lequel, - on pilote un débit et une température dudit fluide, - on mesure une température dudit accumulateur, caractérisé en ce que - lorsque ladite température d'accumulateur est supérieure ou égale à un seuil minimal de température prédéfini, on détermine une conductance globale de régulation à atteindre, ladite conductance correspondant à une efficacité d'échange thermique entre ledit fluide caloporteur et ledit accumulateur, ledit échange thermique permettant de dissiper des pertes thermiques dudit accumulateur, puis - on ajuste ledit débit et/ou ladite température de fluide en fonction de ladite conductance. Grâce à ces dispositions, on pérennise ladite régulation en dissipant au mieux et au plus juste les pertes énergétiques de l'accumulateur, ce qui augmente d'un côté sa durée de vie et de l'autre côté évite la surconsommation du système de régulation. Selon des caractéristiques particulières, lorsque la température d'accumulateur est sensiblement supérieure à une température de régulation prédéfinie dudit accumulateur, - on détermine la conductance au moyen d'une cartographie prédéfinie, ladite cartographie établissant une relation entre le débit, la température du fluide et la conductance, puis, - on calcule un flux thermique à atteindre en multipliant ladite conductance par un écart entres lesdites températures d'accumulateur et de fluide, et - lorsque ledit flux est sensiblement supérieur à des pertes moyennes prédéfinies, on augmente le débit du fluide jusqu'à atteindre un débit maximal. Ce débit maximal peut évoluer selon les conditions de roulage du véhicule, notamment la vitesse dudit véhicule.
Grâce à ces dispositions, on fiabilise ladite régulation en évaluant, dès le début d'une utilisation de l'accumulateur, ses pertes moyennes en fonction, d'une part, de sa tension à vide, et, d'autre part, de sa tension et son courant instantanés qui sont, dans le cas d'un véhicule de type automobile, des paramètres de contrôle toujours disponibles car continuellement fournis par un calculateur. Selon des caractéristiques particulières, lorsque le flux est inférieur ou égal aux pertes moyennes, - on détermine, au moyen de la cartographie, une température optimale de fluide à atteindre par rapport à la conductance déterminée et au débit maximal, - on augmente le débit du fluide jusqu'à atteindre ledit débit maximal et on baisse la température dudit fluide jusqu'à atteindre ladite température optimale. Grâce à ces dispositions, le refroidissement de l'accumulateur est rapide et efficace. Selon des caractéristiques particulières, lorsque la température d'accumulateur est à la fois inférieure ou égale à la température de régulation et inférieure ou égale à la température du fluide, - on détermine la température optimale de fluide à atteindre au moyen de la cartographie, - on augmente le débit du fluide jusqu'à atteindre le débit maximal et on baisse la température dudit fluide jusqu'à atteindre ladite température optimale. Grâce à ces dispositions, le refroidissement de l'accumulateur est rapide et efficace.
Selon des caractéristiques particulières, lorsque la température d'accumulateur est comprise entre la température de régulation et la température de fluide, - on calcule la conductance en divisant les pertes moyennes par l'écart entres lesdites températures d'accumulateur et de fluide, et, lorsque ladite conductance est sensiblement supérieure à un maximum prédéfini par la cartographie, - on détermine la température optimale de fluide à atteindre au moyen de la cartographie, - on augmente le débit du fluide jusqu'à atteindre le débit maximal et on baisse la température dudit fluide jusqu'à atteindre ladite température optimale. Grâce à ces dispositions, on considère réellement les sollicitations de l'accumulateur selon le profil et les conditions de son utilisation.
Selon des caractéristiques particulières, lorsque la conductance est sensiblement inférieure ou égale à son maximum, - on détermine, au moyen de la cartographie, un débit optimal de fluide à atteindre par rapport à la conductance déterminée et à la température dudit fluide, et, lorsque ledit débit optimal est sensiblement supérieur au débit maximal, - on détermine la température optimale de fluide à atteindre au moyen de la cartographie, - on augmente le débit du fluide jusqu'à atteindre le débit maximal et on baisse la température dudit fluide jusqu'à atteindre ladite température optimale. Grâce à ces dispositions, on refroidit l'accumulateur de façon adaptée, c'est-à-dire en l'amenant à la température de régulation suivant laquelle la totalité des pertes énergétiques est évacuée. Selon des caractéristiques particulières, lorsque le débit optimal de fluide est inférieur ou égal au débit maximal, on augmente le débit du fluide jusqu'à atteindre ledit débit optimal. Selon des caractéristiques particulières, on peut prévoir une marge de régulation par exemple de deux degrés entre le seuil minimal de température du fluide et la température de régulation d'accumulateur, ce qui représente une marge de sécurité supplémentaire.
L'invention a également pour objet un dispositif de régulation thermique d'un accumulateur électrique parcouru par un fluide caloporteur de régulation, ledit dispositif comportant - un capteur adapté à mesurer une température dudit accumulateur, - des moyens adaptés à piloter une température et un débit dudit fluide, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de mise à jour dudit débit et/ou de ladite température pilotés selon l'une des caractéristiques précédentes.
L'invention a également pour objet un véhicule comportant un tel dispositif. L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - figure 1 : une représentation schématique d'un dispositif de régulation thermique d'un accumulateur électrique selon un mode de réalisation de l'invention ; - figure 2 : un logigramme fonctionnel de mise en oeuvre d'un procédé de régulation thermique selon un mode réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DES FORMES DE REALISATION PREFEREES DE L'INVENTION La figure 1 représente, de façon schématique, un dispositif 10 de régulation thermique d'un accumulateur électrique 11 selon un mode de réalisation de l'invention.
L'accumulateur 11 peut indifféremment être une batterie, un supercondensateur ou une pile à combustible. La régulation dudit accumulateur est assurée par un fluide caloporteur 12 parcourant ledit accumulateur. Le dispositif 10 comporte, outre l'accumulateur 11, un calculateur 13, une source froide 25, des capteurs 18, 20 et 21 ainsi qu'un réseau multiplexé 26 de type Bus CAN (Controller Area Network en anglais, c'est-à-dire un réseau local de contrôleur) reliant tous ces éléments. La source froide 25 comporte une interface 9 liée au réseau Bus CAN, un réservoir 24 de liquide caloporteur 12 et des moyens 22 et 23 adaptés à piloter respectivement une température T fluide et un débit Qfluide dudit fluide, lesdits moyens étant connus de l'homme du métier. L'accumulateur 11 comporte un capteur de température T °accu ou thermomètre 18, un capteur de tension U(t) ou voltmètre 20 et un capteur d'intensité I(t)ou ampèremètre 21, lesdits capteurs fournissant, via le réseau BusCAN auquel ils sont liés, leurs mesures au calculateur 13.
Le calculateur 13 comporte une interface 29 liée au réseau BusCAN, un microprocesseur µp, une cartographie 28 prédéfinie grâce à une série d'essais, une mémoire 14 de données, une mémoire 15 de programmes et un compteur temporel 27. La cartographie 28 définit une relation entre un débit du fluide 12, sa température T°fluide et une conductance globale de régulation G dudit dispositif, ladite conductance correspondant à une efficacité d'échange thermique. Ladite cartographie peut être établie notamment grâce une corrélation qui fournit une relation entre un débit et une température pour un coefficient 20 d'échange donné. La mémoire 14 de données mémorise, d'une part, un seuil de température T seuil d'accumulateur, une conductance maximale de régulation Gmax, un débit maximal Qmax de fluide 12 qui, par définition, ne doivent pas être dépassés et, d'autre part, une température de régulation T°régulation et des 25 pertes moyennes Pm dudit accumulateur. Lorsque l'accumulateur 11 est à la température de régulation T°régulation, la totalité des pertes énergétiques est évacuée. Les pertes moyennes Pm sont évaluées, dès le début de utilisation de l'accumulateur, en fonction, d'une part, de sa tension à vide Uo(t), et, d'autre 30 part, de sa tension U(t) et son courant I(t) instantanés qui sont, dans le cas notamment d'un véhicule de type automobile, des paramètres de contrôle toujours disponibles car continuellement fournis par un calculateur 13. Plus précisément, le calcul des pertes moyennes, dont le résultat est exprimé en watt, est, pour un intervalle de temps donné t - to, défini par 1(U(t) - Uo(t)) * I(t) l'équation suivante Pm - `° r - ro La mémoire 15 de programmes comporte, d'une part, un programme d'apprentissage 19 et, d'autre part, un programme d'application 16.
Durant l'utilisation de l'accumulateur 11, le programme d'apprentissage 19 mémorise, d'une part, la température T°accu fournie par le capteur 18, et, d'autre part, le résultat des calculs de la conductance G et d'un flux thermique 0 à atteindre.
Pour calculer ledit flux, on multiplie ladite conductance par un écart entres lesdites températures d'accumulateur et de fluide.
Le microprocesseur pp est adapté à comparer la température dudit accumulateur T accu avec le seuil minimal T seuil et avec ladite température de régulation T°régulation. Le microprocesseur pp est en outre adapté à comparer la conductance G à atteindre avec son maximum Gmax, le flux 0 avec les pertes moyennes Pm et le débit Qfluide avec son maximum Qseuil. En fonction de ces comparaisons, le microprocesseur pp fournit au programme d'application 16 une valeur de commande de température T fluide ou T°fluide opt et une valeur de commande de débit Qfluide ou Qfluide opt ou Qmax que ledit programme applique audit fluide via le réseau BusCAN et les moyens 22 et 23 de pilotage, de manière à ajuster la régulation thermique.
La figure 2 montre un logigramme fonctionnel de mise en oeuvre d'un procédé de régulation thermique selon un mode réalisation de l'invention.
Le procédé de régulation thermique de l'accumulateur électrique 11 comporte des étapes dans lesquelles
- on pilote 16 le débit Qfluide et la température Tfluide dudit fluide, - on mesure 30 la température T°accu dudit accumulateur, et
- lorsque ladite température d'accumulateur est supérieure ou égale au seuil minimal Treuil, on détermine 19 la conductance globale de régulation G à atteindre, puis
- on ajuste 40 ledit débit et/ou ladite température de fluide en fonction de ladite conductance.
De préférence, on mesure la température T accu dudit accumulateur à intervalles de temps réguliers au moyen du compteur temporel 27.
Lorsque ladite température est strictement inférieure audit seuil, on arrête 31 ladite régulation jusqu'à ce que ladite température soit supérieure ou égale audit seuil. Lorsque la température d'accumulateur est sensiblement supérieure à la température de régulation T°régulation, on détermine 39 la conductance G au moyen de la cartographie 28, puis on calcule 39 le flux thermique 0 à atteindre, et lorsque ledit flux est sensiblement supérieur aux pertes moyennes Pm, on augmente (41) le débit du fluide jusqu'à atteindre ledit débit maximal. Lorsque le flux 0 est inférieur ou égal aux pertes moyennes Pm, on détermine 34, au moyen de la cartographie 28, la température optimale T fluide opt à atteindre par rapport à la conductance G déterminée et au débit maximal Qmax, et on augmente 38 le débit Qfluide jusqu'à atteindre ledit débit maximal et on baisse 38 la température dudit fluide jusqu'à atteindre ladite température optimale. Lorsque la température d'accumulateur T°accu est inférieure ou égale à la température de régulation T°régulation et à la température Tfluide du fluide 12, on détermine 34 la température optimale Tfluide opt à atteindre, et on augmente 38 son débit Qfluide jusqu'à atteindre le débit maximal Qmax et on baisse 38 la température Tfluide jusqu'à atteindre ladite température optimale. Lorsque la température d'accumulateur T°accu est comprise entre la température de régulation T°régulation et la température Tfluide de fluide, on calcule 35 la conductance en divisant les pertes moyennes Pm par l'écart entres lesdites températures d'accumulateur et de fluide. Lorsque ladite conductance est sensiblement supérieure à son maximum Gmax, - on détermine 34 la température optimale Tfluide opt de fluide à atteindre au moyen de la cartographie 28, - on augmente 38 le débit Qfluide jusqu'à atteindre le débit maximal Qmax et on baisse 38 la température dudit fluide jusqu'à atteindre ladite température optimale.
Lorsque la conductance G est sensiblement inférieure ou égale à son maximum Gmax, - on détermine 36, au moyen de la cartographie 28, le débit optimal Qfluide opt de fluide à atteindre par rapport à ladite conductance et à la température dudit fluide, et, lorsque ledit débit optimal est sensiblement supérieur au débit maximal, - on détermine 34 la température optimale de fluide à atteindre au moyen de la cartographie, - on augmente 38 le débit du fluide jusqu'à atteindre le débit maximal et on baisse 38 la température dudit fluide jusqu'à atteindre ladite température optimale. Lorsque le débit optimal Qfluide opt de fluide est inférieur ou égal au débit maximal Qmax, on augmente 37 le débit Qfluide du fluide jusqu'à atteindre ledit débit optimal. Dans un exemple, on prévoit une marge de régulation de deux degrés entre le seuil minimal de température du fluide et la température de régulation d'accumulateur, ce qui représente une marge de sécurité supplémentaire.15

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1 - Procédé de régulation thermique d'un accumulateur électrique (11), ladite régulation étant assurée par un fluide caloporteur (12) parcourant ledit accumulateur, dans lequel, - on pilote (16 ; 22 ; 23) un débit (Qtluide) et une température (T fluide) dudit fluide, - on mesure (30) une température (T soou) dudit accumulateur, caractérisé en ce que - lorsque ladite température d'accumulateur est supérieure ou égale à un seuil minimal (T seuil) de température prédéfini (14), on détermine (19) une conductance globale de régulation (G) à atteindre, ladite conductance correspondant à une efficacité d'échange thermique entre ledit fluide caloporteur et ledit accumulateur, ledit échange thermique permettant de dissiper des pertes thermiques dudit accumulateur, puis - on ajuste (40) ledit débit et/ou ladite température de fluide en fonction de ladite conductance.
  2. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque la température d'accumulateur est sensiblement supérieure à une température de régulation prédéfinie (T°régulation) dudit accumulateur, - on détermine (39) la conductance au moyen d'une cartographie (28) prédéfinie, ladite cartographie établissant une relation entre le débit, la température du fluide et la conductance, puis - on calcule (39) un flux thermique (0) à atteindre en multipliant ladite conductance par un écart entres lesdites températures d'accumulateur et de fluide, et - lorsque ledit flux est sensiblement supérieur à des pertes moyennes (Pm) prédéfinies, on augmente (41) le débit du fluide jusqu'à atteindre un débit maximal (Qmax).
  3. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lorsque le flux est inférieur ou égal aux pertes moyennes, - on détermine (34), au moyen de la cartographie, une température optimale (Tfluide opt) de fluide à atteindre par rapport à la conductance déterminée et au débit maximal, - on augmente (38) le débit du fluide jusqu'à atteindre ledit débitmaximal et on baisse (38) la température dudit fluide jusqu'à atteindre ladite température optimale.
  4. 4 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque la température d'accumulateur est à la fois inférieure ou égale à la température de régulation et inférieure ou égale à la température du fluide, - on détermine (34) la température optimale de fluide à atteindre au moyen de la cartographie, - on augmente (38) le débit du fluide jusqu'à atteindre le débit maximal et on baisse (38) la température dudit fluide jusqu'à atteindre ladite température optimale.
  5. 5 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque la température d'accumulateur est comprise entre la température de régulation et la température de fluide, - on calcule (35) la conductance en divisant les pertes moyennes par l'écart entres lesdites températures d'accumulateur et de fluide, et, lorsque ladite conductance est sensiblement supérieure à un maximum prédéfini par la cartographie, - on détermine (34) la température optimale de fluide à atteindre au moyen de la cartographie, - on augmente (38) le débit du fluide jusqu'à atteindre le débit maximal et on baisse (38) la température dudit fluide jusqu'à atteindre ladite température optimale.
  6. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, lorsque la conductance est sensiblement inférieure ou égale à son maximum, - on détermine (36), au moyen de la cartographie, un débit optimal (Qfluide opt) de fluide à atteindre par rapport à la conductance déterminée et à la température dudit fluide, et, lorsque ledit débit optimal est sensiblement supérieur au débit maximal, - on détermine (34) la température optimale de fluide à atteindre au moyen de la cartographie, - on augmente (38) le débit du fluide jusqu'à atteindre le débit maximal et on baisse (38) la température dudit fluide jusqu'à atteindre ladite température optimale.
  7. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, lorsque ledébit optimal de fluide est inférieur ou égal au débit maximal, on augmente (37) le débit du fluide jusqu'à atteindre ledit débit optimal.
  8. 8 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on prévoit une marge de régulation de deux degrés entre le seuil minimal de température du fluide et la température de régulation d'accumulateur
  9. 9 - Dispositif (10) de régulation thermique d'un accumulateur électrique (11) parcouru par un fluide caloporteur (12) de régulation, ledit dispositif comportant - un capteur (18) adapté à mesurer (30) une température (T °accu) dudit accumulateur, - des moyens (22 ; 23) adaptés à piloter une température (T°fluide) et un débit (Qfluide) dudit fluide, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (13) de mise à jour (40) dudit débit et/ou de ladite température pilotés selon l'une des revendications précédentes.
  10. 10 - Véhicule comportant un dispositif selon la revendication précédente.
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