FR3077255A1 - Systeme et procede de pilotage d’un stockeur d’energie de vehicule hybride, et vehicule automobile les incorporant - Google Patents

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Abstract

Ce système de pilotage d'un stockeur d'énergie de véhicule à motorisation hybride, comprend une source motrice comportant un stockeur d'énergie (12), deux seuils de charge prioritaire Sprio et délestable Sdéles (Sprio < Sdéles) du stockeur d'énergie (12) étant prédéfinis, lorsque qu'un niveau de charge (SoC) du stockeur d'énergie (12) est inférieure au seuil de charge prioritaire (Sprio), la source motrice fonctionne de sorte que le stockeur d'énergie (12) atteigne au moins le seuil de charge prioritaire (Sprio), et lorsque supérieur au seuil de charge prioritaire (Sprio), un couple de traction ou d'assistance est dispensé si nécessaire ou souhaitable en réponse à une demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur.

Description

SYSTEME ET PROCEDE DE PILOTAGE D’UN STOCKEUR D’ENERGIE DE VEHICULE HYBRIDE, ET VEHICULE AUTOMOBILE LES INCORPORANT
L’invention a pour objet un système de pilotage d’un stockeur d’énergie de véhicule à motorisation hybride. Plus particulièrement, l’invention entend proposer une solution pour gérer de façon optimum le niveau de charge d’un stockeur d’énergie destiné à fournir l’énergie nécessaire d’une part à la source motrice hybride et d’autre part aux organes électriques/électroniques du véhicule.
Dans la suite, l’invention est présentée en lien avec l’une de ces applications, plus précisément une application à un véhicule automobile à hybridation électrique, c’est-à-dire comportant un moteur thermique et au moins un moteur électrique associé à des moyens de stockage d’énergie.
Toutefois, il doit être noté que la présente invention n’est pas limitée à l’utilisation d’une machine électrique dans un véhicule hybride, le véhicule pouvant par exemple comporter une chaîne de transmission comprenant au moins un moteur thermique et au moins une machine (ou moteur) hydraulique ou encore à air comprimé.
La machine électrique peut fonctionner comme un moteur électrique lorsque celle-ci dispose d'une source d'énergie suffisante permettant de l'alimenter et peut également fonctionner comme un générateur d'énergie électrique lorsque que celui-ci est entraîné, généralement par le moteur thermique, pour fournir de l'énergie à divers équipements embarqués du véhicule, par exemple un accumulateur d'énergie, un réseau de tension ou tout autre équipement nécessitant une alimentation électrique.
Selon le degré d'hybridation électrique avec le moteur thermique le système de motorisation peut comprendre une ou plusieurs machines électriques.
Dans le cas d'un système de motorisation à plusieurs machines électriques, une machine électrique principale couplée au moteur thermique intervient directement dans la motorisation du véhicule sur le train avant et/ou sur le train arrière, soit en hybridation thermique
-2électrique ou soit en électrique seul. Dans ce dernier cas, on dit alors que le véhicule hybride dispose d'un mode de roulage 100% électrique.
Lorsque le moteur électrique fournit du couple en addition du couple du moteur thermique alors le véhicule peut disposer de plusieurs modes de roulage, par exemple un mode de roulage économe en consommation de carburant, un mode de roulage dit sportif pour fournir une puissance élevée en cas de demande du conducteur, mais cela se fait au détriment de la consommation, et un mode de roulage avec les quatre roues motrices pour maximiser la tenue de route. Quel que soit le mode de roulage, il est alors nécessaire de coupler le moteur électrique avec un accumulateur d'énergie électrique de grande capacité (stockeur d’énergie) pour disposer d'une autonomie d'énergie suffisante et d'une puissance électrique pour ce type de véhicule.
Le système de motorisation peut également comprendre une machine électrique secondaire attelée au moteur thermique. Cette machine électrique secondaire fonctionne principalement comme un générateur afin de prélever du couple sur le moteur thermique et fournir en énergie divers équipements électroniques, par exemple des accumulateurs d'énergie, les calculateurs de bords et les équipements de l'habitacle.
Lorsqu'une motorisation hybride comprend une ou plusieurs machines électriques et un moteur thermique on comprend qu'une telle architecture requière une intelligence pour coordonner l'ensemble des équipements. Pour cela une motorisation hybride comprend également un moyen d’analyse et de commande, ou calculateur embarqué, pour calculer les consignes de couple du moteur et de la ou des machines électriques, notamment en fonction des besoins du conducteur pour la conduite du véhicule, des limitations organiques de chaque composant et des besoins en énergie électrique. Ainsi le contrôle coordonné des équipements du système de motorisation permet de mettre en route des véhicules émettant moins de gaz polluants et ayant une consommation en énergie fossile réduite.
Il n’existe pas à l’heure actuelle de système de pilotage permettant de gérer de façon optimum à la fois la charge du stockeur d’énergie (de la source motrice hybride, en l’espèce une batterie d’accumulation ou un bloc batterie) et la gestion des couples moteur thermique et électrique (autre source motrice) au regard d’une part de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur et d’un mode de conduite ainsi que d’autre part d’une utilisation optimisée du couple électrique vis-àvis du couple moteur (thermique) afin de réduire au maximum l’utilisation de carburant fossile tout en assurant le bon fonctionnant de l’ensemble des organes électriques/électroniques du véhicule hybride.
De ce point de vue, on connaît notamment le brevet FR-A-2929218 et FR-A-3015411 qui proposent chacun une solution qui n’est pas totalement satisfaisante. Le brevet FR-A-2929218 décrit un simple procédé et dispositif de contrôle d’une charge électrique du stockeur d’énergie tandis que le brevet FR-A-3015411 décrit quatre niveaux de charge et applique une consigne de couple selon la plage d’état de charge du stockeur d’énergie.
La présente invention a notamment pour but de répondre aux lacunes de la technique antérieure et de proposer un système de pilotage d’un stockeur d’énergie de véhicule hybride permettant de gérer le plus efficacement possible, sans nécessiter de changements structurels, le groupe motopropulseur afin de minimiser l’utilisation du moteur thermique en fournissant un couple de traction ou d’assistance hybride chaque fois que le système l’autorise tout en surveillant/contrôlant le niveau de charge du stockeur d’énergie pour le recharger dès que cela est impératif ou souhaitable.
Dans ce but, la présente invention propose un système de pilotage d’un stockeur d’énergie de véhicule à motorisation hybride, comportant :
- un moteur thermique ;
- au moins une autre source motrice comportant un stockeur d’énergie, ladite autre source motrice présentant deux modes d’actionnement, un mode moteur dans lequel elle fournit de l’énergie de manière à délivrer un couple de traction ou d’assistance au moteur thermique et un mode génératrice dans lequel elle stocke de l’énergie, via ledit stockeur d’énergie, en vue notamment de fournir ledit couple de traction ou d’assistance ;
le moteur thermique et l’autre source motrice fournissant respectivement un couple moteur thermique et un couple de traction ou d’assistance destinés à répondre à une demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur,
- un moyen d’analyse et de commande apte à commander ledit moteur et ladite autre source motrice et à déterminer un niveau de charge du stockeur d’énergie, deux seuils de charge du stockeur d’énergie sont prédéfinis dans le moyen d’analyse et de commande, l’un étant défini comme un seuil de charge prioritaire Spi-io et l’autre étant défini comme un seuil de charge délestable Sdéies, le seuil de charge prioritaire Spi-io étant inférieur au seuil de charge délestable Sdéies, et :
- lorsque le moyen d’analyse et de commande détermine qu’un niveau de charge SoC du stockeur d’énergie est inférieure au seuil Sprio, ledit moyen d’analyse et de commande impose, quelque soit la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur, à ladite autre source motrice de fonctionner en mode génératrice de manière à ce que la charge du stockeur d’énergie atteigne au moins le seuil de charge prioritaire Sprio, et
- lorsque le moyen d’analyse et de commande détermine qu’un niveau de charge SoC du stockeur d’énergie est supérieur au seuil de charge prioritaire Sprio, le moyen d’analyse et de commande impose à ladite autre source motrice de fonctionner en mode génératrice jusqu’à ce que le stockeur d’énergie atteigne le seuil de charge délestable Sdéies, la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur étant alors prioritaire de sorte que si un couple de traction ou d’assistance est nécessaire ou souhaitable en réponse à cette volonté, le moyen d’analyse et de commande fait basculer l’autre source motrice en mode moteur le temps de répondre à ladite
- 5 demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur.
Grâce à l’invention, il est dorénavant possible de réaliser une stratégie transversale applicable à tout type de véhicules hybrides, quelque soit le type d’hybridation ou d’architecture. Ainsi, le système selon l’invention permet d’assurer un niveau d’énergie minimal dans le stockeur d’énergie, allant jusqu’à brider la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur, si cela est nécessaire, et si ce niveau d’énergie minimal est respectée, on laisse un maximum de puissance hybride disponible au conducteur (c’est-à-dire à la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur).
En outre, le système selon l’invention permet l’alimentation des auxiliaires, à savoir via un circuit annexe assurant l’apport en énergie (électrique) à différents organes du véhicule.
Enfin, grâce à l’invention, on dispose d’un système robuste en cas de consommation ou de surconsommation électrique (la charge du stockeur d’énergie étant contrôlée constamment et son niveau de charge rétablie s’il est en dessous du seuil Sprio), par exemple dans le cas où une climatisation électrique consomme beaucoup d’énergie (électrique) dans le circuit annexe.
On entend par l’expression « mode génératrice » relativement à l’autre source motrice le fait que cette dernière, classiquement reliée au moteur thermique, prélève de l’énergie à ce dernier, par exemple à l’instar d’un alternateur.
On entend par l’expression « demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur », la volonté du conducteur d’accélérer ou de freiner le déplacement du véhicule. Cette demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur s’exprime en puissance (Watt, noté de façon abrégé W), mais à une vitesse et une masse donnée du véhicule s’exprime de façon équivalente en couple (Newton mètre, noté de façon abrégé Nm), en accélération (en mètre par seconde au carré, soit m.s’2) et dépend principalement, par exemple, des positions d’une pédale d’accélération et d’une pédale de frein, de l’état
-6d’un levier de vitesse d’une boîte de vitesses, du mode de conduite sélectionné, de la vitesse du véhicule et/ou des aides à la conduite.
On entend par l’expression « moyen d’analyse et de commande » un système embarqué équipant à l’heure actuelle les véhicules, notamment ceux du type à motorisation hybride, et qui a pour fonction d’analyser, enregistrer/stocker des informations/données, contrôler (notamment via des capteurs) et commander les différents organes fonctionnels d’un véhicule. Un tel moyen est bien connu de l’homme du métier. On notera que, de façon classique, le moyen d’analyse et de commande est relié à l’ensemble des capteurs ou analogues du véhicule, ce qui lui permet de mesurer, ou de calculer, des paramètres extérieurs tels que la température extérieure, l’altitude ou une pente (via une géo-localisation), ou encore des caractéristiques propres au véhicule telles que la température du catalyseur ou le niveau de charge du bloc batterie (le stockeur d’énergie de l’autre source motrice). Ces capteurs ou analogues sont ainsi considérés comme partie intégrante du moyen d’analyse et de commande du système selon l’invention.
On entend par l’expression « couple de traction ou d’assistance souhaitable » le fait que la stratégie, défini dans ou par le moyen d’analyse et de commande au regard en particulier d’une utilisation optimum de l’autre source motrice (hybride) afin de réduire l’utilisation de carburant fossile, requiert qu’un couple de traction ou d’assistance (hybride) soit fourni, sans que cela soit une nécessité au regard de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur et de la capacité du moteur thermique.
Avantageusement, lorsque le moyen d’analyse et de commande détermine qu’un niveau de charge SoC du stockeur d’énergie est supérieur au seuil de charge délestable Sdéies, le moyen d’analyse et de commande impose un fonctionnement du moteur thermique, l’autre source motrice étant mise à contribution pour répondre à la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur si le couple moteur thermique n’est pas suffisant.
-7Avantageusement, un seuil de charge du stockeur d’énergie est prédéfini dans le moyen d’analyse et de commande comme un seuil d’assistance, le seuil d’assistance étant supérieur au seuil de charge délestable, et en ce que, lorsque le moyen d’analyse et de commande détermine qu’un niveau de charge SoC du stockeur d’énergie est supérieur au seuil d’assistance, le moyen d’analyse et de commande impose à l’autre source motrice de fonctionner en mode moteur, le moteur thermique étant mis à contribution pour répondre à la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur uniquement si le couple de l’autre source motrice n’est pas suffisant.
De préférence, le système selon l’invention comprend un circuit annexe pour la gestion d’au moins une partie des organes électrique/électronique de véhicule, le stockeur d’énergie fournissant une énergie audit circuit annexe.
Dans ce cas, avantageusement, la délivrance de l’énergie au circuit annexe s’effectue par l’intermédiaire d’une batterie du circuit annexe.
De préférence, le système selon l’invention comprend un alternodémarreur, relié au moteur thermique, destiné à alimenter en énergie le circuit annexe.
L’invention permet ainsi la maîtrise du couple prélevé au moteur thermique en cas d’utilisation d’un alterno-démarreur dont le prélèvement de couple est fonction de la consommation du circuit annexe, autrement dit la consommation par les composants électriques/électroniques présents dans le circuit annexe.
Avantageusement, les seuils de charge délestable Sdéies et prioritaire Sprio présentent un hystérésis destiné à confirmer la détermination, par le moyen d’analyse et de commande, d’un niveau de charge SoC égal à l’un desdits seuils Sdéies, S prioIci, grâce à cet hystérésis introduit dans le système selon l’invention, on évite des oscillations acoustiques et vibratoires du système hybride, en particulier lorsqu’il consiste en une machine électrique, suite à des charges et arrêts de ces charges lorsque le niveau de charge du stockeur d’énergie est proche de son point de fonctionnement cible.
- 8 De préférence, cet hystérésis présente une majoration et minoration d’au plus 5% de la valeur respective seuils de charge délestable Sdéies et prioritaire SprioDe préférence, l’autre source motrice consiste en au moins un moteur électrique (également dénommé machine électrique) et le stockeur d’énergie en au moins une seconde batterie.
Dans le même but, la présente invention propose également un véhicule automobile hybride comportant au moins un système de pilotage tel que succinctement décrit ci-dessus.
Toujours dans le même but, la présente invention propose un procédé de pilotage d’un stockeur d’énergie de véhicule à motorisation hybride, dans lequel :
- un moteur thermique et au moins une autre source motrice, comportant un stockeur d’énergie, fournissent respectivement un couple moteur thermique et un couple moteur hybride destinés à répondre à une demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur,
- l’autre source motrice présentant deux modes d’actionnement, un mode moteur dans lequel elle fournit de l’énergie de manière à délivrer un couple de traction ou d’assistance au moteur thermique et un mode génératrice dans lequel elle stocke de l’énergie, via ledit stockeur d’énergie, en vue notamment de fournir ledit couple de traction ou d’assistance ;
deux seuils de charge du stockeur d’énergie sont prédéfinis, l’un étant défini comme un seuil de charge prioritaire Sprio et l’autre étant défini comme un seuil de charge délestable Sdéies, le seuil de charge prioritaire Sprio étant inférieur au seuil de charge délestable Sdéies, et :
- lorsqu’on détermine qu’un niveau de charge SoC du stockeur d’énergie est inférieure au seuil Sprio, on impose, quelque soit la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur, à ladite autre source motrice de fonctionner en mode génératrice de manière à ce que la charge du stockeur d’énergie atteigne au moins le seuil de charge prioritaire Sprio, et
- lorsqu’on détermine qu’un niveau de charge SoC du stockeur d’énergie est supérieur au seuil de charge prioritaire Spi-io, on impose à ladite autre source motrice de fonctionner en mode génératrice jusqu’à ce que le stockeur d’énergie atteigne le seuil de charge délestable Sdéies, la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur étant alors prioritaire de sorte que si un couple de traction ou d’assistance est nécessaire ou souhaitable en réponse à cette volonté, on fait basculer l’autre source motrice en mode moteur le temps de répondre à ladite demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur.
Les avantages du procédé et du véhicule automobile hybride conformes à l’invention étant similaires à ceux du système de pilotage d’un stockeur d’énergie de véhicule à motorisation hybride énumérés plus haut, ils ne sont pas répétés ici.
D’autres aspects et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d’un mode particulier de réalisation, donné à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins qui l’accompagnent, dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma d’un véhicule hybride selon un mode de réalisation du système selon l’invention ;
- la figure 2 est un organigramme illustrant les étapes du système et du procédé selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 3 est un schéma illustrant une puissance prioritaire (de couple) en fonction d’une puissance de décharge d’une batterie ;
- la figure 4 illustre schématiquement la variation d’un couple moteur en fonction d’un régime du véhicule ;
- les figures 5 à 8 illustrent différentes situations de vie pour le couple moteur thermique Cmot et le couple hybride, ici noté Ceiec, en fonction d’une Interprétation de demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur (désignée IVC) dans le cadre du système et du procédé selon l’invention.
A nouveau, il est rappelé que l’invention est illustrée ici dans un exemple avec un véhicule hybride électrique mais la machine électrique peut être remplacée par exemple par une technologie pneumatique ou hydraulique, de préférence hydraulique.
Par ailleurs, il doit être noté que la présente invention n’entend modifier aucune pièce ou éléments physiques utilisés classiquement pour un véhicule à motorisation hybride. En outre, l’invention ne prévoit aucune modification, ajout ou suppression, au niveau de la structure du véhicule, plus précisément au niveau de la source motrice hybride ou du stockeur d’énergie.
La figure 1 présente un véhicule automobile, pouvant servir à illustrer l’invention, comprenant par exemple les équipements et organes suivants.
Cette figure présente un véhicule hybride comportant un moteur thermique 2 entraînant par un embrayage 4 piloté de manière automatique, une transmission 6 présentant différents rapports de vitesse, reliée aux roues avant motrices 8 de ce véhicule.
Une ligne d’échappement 50 dispose de moyens aptes à traiter les gaz d’échappement, dont notamment les imbrulés, provenant de la chambre de combustion du moteur thermique 2, tels que par exemple un filtre à particule et/ou un catalyseur.
L’arbre d’entrée de la transmission 6 recevant le mouvement de l’embrayage 4, comporte une machine électrique avant de traction 10 alimentée par une seconde batterie basse tension de traction 12. De cette manière la machine électrique avant 10 peut délivrer un couple sur les roues motrices 8 sans passer par l’embrayage 4, en utilisant les différents rapports de vitesse proposés par la transmission 6.
Un chargeur embarqué 14 peut être relié par une prise extérieure 16 à un réseau de distribution d’électricité, pour recharger la seconde batterie de traction 12 quand le véhicule est à l’arrêt. La seconde batterie de traction 12 présente une basse tension, qui peut être par exemple de 220 ou 300 Volts (V).
La seconde batterie de traction 12 alimente aussi une machine électrique arrière de traction 18 reliée successivement par un réducteur 20
- 11 et un système de crabotage 22, à un différentiel arrière 24 répartissant le mouvement vers les roues arrière du véhicule 26.
Un alternateur, également désigné alterno-démarreur, 30 relié en permanence par une courroie 32 au moteur thermique 2, alimente un réseau de bord, dit circuit annexe, comportant une batterie du circuit annexe très basse tension 34. En complément la batterie du circuit annexe très basse tension 34, dite aussi première batterie par opposition à la seconde batterie de traction 12, peut être chargée par un convertisseur de tension continue DC/DC 36, recevant une énergie électrique de la seconde batterie de traction 12, ou d’une machine électrique avant 10 ou arrière 18 si le niveau d’énergie de cette seconde batterie de traction est insuffisant.
Lors des freinages du véhicule ou d’un relâchement de la pédale d’accélérateur, les machines électriques 10, 18 travaillent en génératrice en délivrant un couple de freinage, pour recharger la seconde batterie de traction 12 et récupérer une énergie.
Un moyen d’analyse et de commande, non représenté sur les figures annexées, contrôle le fonctionnement de ce groupe motopropulseur pour répondre aux demandes du conducteur tout en optimisant les consommations d’énergie et les émissions de gaz polluants selon des stratégies classiques.
Dans cet exemple d’exécution, la seconde batterie de traction 12 constitue le stockeur d’énergie selon l’invention tandis que l’ensemble formé par la machine électrique avant de traction 10 et la machine électrique arrière de traction 18 constitue l’autre source motrice (hybride) selon l’invention.
La figure 2 est un organigramme illustrant le principe du système et du procédé selon l’invention.
Ainsi, le moyen d’analyse et de commande compare le niveau de charge SoC du stockeur d’énergie 12 avec le seuil délestable Sdéies. Si le niveau de charge SoC est supérieur à ce seuil Sdéies, alors il n’y a pas de recharge nécessaire du stockeur d’énergie 12, mais le système l’autorise s’il y a un couple moteur thermique permettant de fournir de l’énergie au
- 12stockeur 12 (excès de couple moteur thermique au regard de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur). Si le niveau de charge SoC est inférieur au seuil délestable Sdéies, on compare le niveau de charge SoC au seuil prioritaire Spi-io, deux cas sont envisagés.
Si le niveau de charge SoC du stockeur d’énergie 12 est inférieur au seuil prioritaire Sprio, le système impose la recharge du stockeur d’énergie 12 (l’autre source motrice 10, 18 fonctionne en mode génératrice) et il n’y a aucune assistance hybride (couple hybride) possible.
Si le niveau de charge SoC du stockeur d’énergie 12 est supérieur au seuil prioritaire Sprio, le système autorise la recharge du stockeur d’énergie 12, tout comme l’assistance/traction hybride, en fonction en particulier de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur.
Comme cela a été évoqué précédemment, le système ou le procédé selon l’invention définit les deux seuils de charge pour le stockeur d’énergie 12, ci-dessus désigné en tant que stockeur principal, le premier seuil de priorité, noté Sprio, et le second seuil délestable supérieur, noté Sdéies. A chacun de ces seuils est associée une puissance cible, à savoir respectivement :
- une puissance cible prioritaire Pprio, qui est une puissance de charge ou de décharge du stockeur d’énergie 12, et qui dépend principalement de la différence de charge à l’instant t du stockeur d’énergie 12 par rapport au seuil de charge Sprio, mais qui peut dépendre d’autres paramètres tels que le mode de traction, etc... et est déterminée par exemple par une première cartographie.
- une puissance cible délestable Pdéies, qui est également une puissance de charge ou de décharge du stockeur d’énergie 12, et qui dépend principalement de la différence de charge à l’instant t du stockeur d’énergie 12 par rapport au seuil de charge Sdéies, mais qui peut dépendre d’autres paramètres tels que le mode de traction, etc... et est déterminée par exemple par une deuxième cartographie.
- 13 Par soucis de concision, dans tout le texte de ce document, la puissance cible délestable Pdéies et la puissance cible prioritaire Pprio seront nommées par leur référence, à savoir respectivement puissance Pdéies ou Pprio et puissance Pprio ou Pprio. On fera de même pour les seuils et les couples.
Ces puissances Pprio et Pdéies peuvent avantageusement dépendre (l’une ou l’autre, ou les deux) de la puissance de décharge nominale (ou crête) de la seconde batterie dite stockeur d’énergie 12.
La figure 3 illustre un exemple de dépendance pour ces puissances avec la puissance de décharge nominale de la seconde batterie. Dans cet exemple, la composante de Pprio est la composante dépendante de la puissance de décharge nominale de la seconde batterie Basse Tension. Le référentiel de Pprio est le suivant : Pprio < (inférieur à) 0 en cas de volonté de charger le système électrique et la Puissance de décharge nominale de la batterie > (supérieure à) 0 lorsque la seconde batterie est en mesure de fournir de l’énergie ou de la puissance pour tracter le véhicule. Dans cet exemple, une puissance particulière P1 correspond à la puissance de décharge nominale de la seconde batterie pour une puissance cible prioritaire nulle, alors qu’une puissance particulière P2 correspond à la puissance cible prioritaire pour une puissance de décharge nominale de la seconde batterie nulle. On a illustré P1 = -P2 = 10 kW, avec cette méthode, le système ou le procédé selon l’invention assure un bilan de puissance de 10 kW (kilowatt) électrique minimum.
Si la seconde batterie est vide, le système électrique prélèvera 10 kW, en revanche au-delà de 10 kW de puissance de décharge de la seconde batterie, le système ou le procédé selon l’invention n’assume plus de prélèvement obligatoire.
Le système ou le procédé selon l’invention peut également déterminer la valeur de P1 et P2 de la façon suivante :
- exemple 1 : P1 = Puissance A + décalage 1 ; P2 = -(Puissance A + décalage 2)
- exemple 2 : P1 = Puissance B + décalage 1 ; P2 = -(Puissance B + décalage 2) avec décalage (également désigné en tant qu’une marge de temporisation) 1 et décalage 2 compris entre 500 W et 5 kW, et
Puissance A : puissance estimée ou mesurée des consommateurs Basse Tension (BT) et Très Besse Tension (TBT), le système ou le procédé selon l’invention assure au juste nécessaire la gestion de l’énergie dans le circuit annexe comme au niveau du stockeur d’énergie 12.
A titre d’exemples non exhaustif, on peut citer en tant que consommateurs, la climatisation, le démarreur, les bougies de préchauffage, la bobine d’allumage, les injecteurs, les systèmes d’éclairage et de feux, les essuie-glaces, la lunette de dégivrage, les lèves vitres, le verrouillage des portes.
Puissance B : puissance maximale que peuvent prélever l’ensemble des consommateurs BT et TBT, cette méthode permet de laisser une marge de sécurité pour la gestion de l’énergie car le système ou le procédé selon l’invention assure un prélèvement toujours supérieur à la consommation électrique.
Il est avantageux que la puissance que peut fournir le stockeur d’énergie 12, grâce à son niveau de charge SoC, puisse être convertie en couple de pilotage pour l’autre source motrice 10, 18, pour que le moyen d’analyse et de commande puisse piloter l’autre source motrice 10, 18. Ainsi la puissance Pprio donnera un couple de priorité Cpi-io, et la puissance Pdéies donnera un couple délestable Cdéies. Cette conversion n’est pas réalisée via une division de la puissance par un régime (Puissance = Couple x Régime) mais est réalisée par une autre méthode. Avantageusement, cette autre méthode consiste en une cartographie, ceci permettant d’ajuster au mieux les couples Cpi-io et Cdéies résultant ou dérivant, via ladite autre méthode, des puissances Ppri0 et Pdéies lorsque les vitesses correspondantes sont faibles, comme le régime en rotation des roues du véhicule. Le couple prioritaire Cprio est un couple cible à respecter impérativement, et le couple délestable Cdéies est un couple cible à respecter si possible.
- 15 Le choix de la vitesse correspondante ou du régime en rotation peut se porter sur le régime du moteur thermique 2 ou sur un régime d’arbre primaire d’entrée de boite de vitesse. Cette consigne de couple de recharge peut s’exprimer en référentiel de couple au niveau du vilebrequin ou sur tout autre arbre tournant sachant que le couple peut être ramené dans un référentiel et en tenant compte de la démultiplication de régime entre deux référentiels.
Comme on peut le voir sur la figure 4, l’avantage de la méthode de cartographie est la possibilité de ne pas suivre la formule Puissance = Couple x Régime à bas régime, ceci permet de maîtriser le couple de recharge. Avantageusement la cartographie est mixte : les valeurs à bas régimes sont prédéfinies alors que pour les autres valeurs de régime elles sont calculées par Puissance = Couple x Régime.
Les couples Cpi-io et Cdéies sont dit élémentaires, la coordination des couples élémentaires n’est plus réalisée en somme, mais en équivalent maximum. Le couple Cpi-io est un couple devant être toujours réalisé ou le plus souvent possible tandis que le couple Cdéies est un couple préconisé.
On notera qu’un couple ou une puissance négative consiste en un couple ou une puissance allant à l’encontre de la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur.
On entend par l’expression « demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur », la volonté du conducteur d’accélérer ou de freiner le déplacement du véhicule. Cette demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur s’exprime en puissance (Watt, noté de façon abrégé W), mais à une vitesse et une masse donnée du véhicule s’exprime de façon équivalente en couple (Newton mètre, noté de façon abrégé Nm), en accélération (en mètre par seconde au carré, soit m.s’2) et dépend principalement, par exemple, des positions d’une pédale d’accélération et d’une pédale de frein, de l’état d’un levier de vitesse d’une boîte de vitesses, du mode de conduite sélectionné, de la vitesse du véhicule et/ou des aides à la conduite. La demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur sera notée IVC et désignée par IVC par la suite.
- 16Les figures 5 à 8 présentent ainsi diverses situations de vie susceptibles d’illustrer le fonctionnement du système de pilotage selon l’invention, l’abscisse étant l’axe du temps (en secondes). En ordonnées, sont les valeurs de couple en Newton Mètre. Sur ces figures, le couple du moteur thermique est noté Cmot et sera désigné par Cmot par la suite. Le couple hybride de l’autre source motrice 10, 18, ici électrique, est noté Ceiec et sera désigné par Ceiec par la suite.
Sur la figure 5, les couples prioritaire Cpi-io et délestable Cdéies présentent les valeurs suivantes :
Cprio = 0 Nm (Newton Mètre) et Cdéies = 0 Nm
La demande IVC est réalisée par le moteur thermique 2, et si le moteur thermique 2 est saturé, ici entre t = 10 et 33 secondes, la machine électrique assiste le moteur thermique 2 pour satisfaire la demande IVC.
Le terme saturation, pour un moteur ou le stockeur, signifie que le moteur ou le stockeur d’énergie a atteint une limite maximale possible et ne peut aller au-delà. Dans les exemples qui suivent, la saturation du moteur thermique ou électrique signifie qu’il a atteint son couple maximum en valeur absolue, qu’il soit négatif ou positif.
En couple négatif, une coupure injection du carburant est prioritairement demandée au moteur thermique avant de récupérer le reste de la demande IVC par la machine électrique. La coupure d’injection consiste en un système qui coupe l’arrivée du carburant à la pompe à injection du moteur thermique.
On notera également qu’ici, quand t est compris entre 15 secondes (s) et 30 secondes, la machine électrique est saturée, tout comme le moteur thermique 2, c’est-à-dire qu’ils ne peuvent pas délivrer un couple supérieur. Le groupe motopropulseur, comprenant le moteur thermique et le ou les moteurs éléctriques ne sait donc plus satisfaire la demande IVC dans cette zone, et le véhicule ne sait donc plus fournir la puissance ou le couple demandé.
Sur la figure 6, les couples prioritaire Cpi-io et délestable Cdéies présentent les valeurs suivantes :
Cprio = 0 Nm (Newton Mètre) et Cdéies = -30 Nm
- 17Dans ce cas, il y a une volonté de recharger la machine électrique (i.e. le stockeur d’énergie 12, car le niveau de charge SoC de ce dernier se trouve en dessous du seuil Sdéies) quand le système l’autorise. Le moteur thermique 2 réalise la demande IVC ainsi que la consigne de recharge. Un peu avant t = 10 s (seconde), le moteur thermiqie est saturé, la machine électrique sera mise à contribution jusqu’à sa saturation, soit à t= 14 s.
La coupure injection du moteur thermique 2 aura lieu lorsque la demande IVC sera égale aux pertes (dissipation d’énergie thermique & frottements mécaniques) du moteur thermique 2 plus le couple Cdéies (ici IVC = -40 Nm, et les pertes dans cet exemple sont de -10 Nm).
Sur la figure 7, les couples prioritaire Cpi-io et délestable Cdéies présentent les valeurs suivantes :
Cprïo = -10 Nm (Newton Mètre) et Cdéies = -30 Nm
Dans ce cas, il y a une volonté impérative de recharger le stockeur d’énergie 12, car son niveau de charge SoC est inférieur au seuil de charge Sprio.
La nouvelle cible de recharge est égale au minimum des deux couples susvisés, soit donc -30 Nm.
Le moteur thermique 2 réalise la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur ainsi que la consigne de recharge cible (recharge du stockeur d’énergie 12), ici la consigne correspondant au couple prioritaire Cprio. Un peu avant t = 10 s, le moteur est saturé, la consigne sera délestée jusqu’à la consigne Cprio, entre t = 9,5 et t= 10 s. La machine électrique ne pourra pas délivrer un couple supérieur et réalisera en permanence la consigne prioritaire.
La coupure injection du moteur thermique 2 aura lieu lorsque la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur sera égale aux pertes du moteur thermique 2 plus le minimum des couples Cprio et Cdéies (soit -30 Nm), ici IVC = -40 Nm, les pertes du moteur thermique 2 étant ici de -10 Nm.
Sur la figure 8, les couples prioritaire Cprio et délestable Cdéies présentent les valeurs suivantes :
- 18 Cprio = -50 Nm (Newton Mètre) et Cdéies = -30 Nm
Dans ce cas, il y a à nouveau une volonté impérative de recharger la machine électrique, c’est-à-dire le stockeur d’énergie 12, car son niveau de charge SoC est inférieur au seuil de charge Spi-io.
La nouvelle cible de recharge est égale au minimum des deux couples susvisés, soit donc -50 Nm.
Le moteur thermique 2 réalise la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur ainsi que la consigne de recharge cible (recharge du stockeur d’énergie 12). Le couple prioritaire étant plus grand que le couple délestable en valeur absolue, il n’y aura jamais de couple délestable. On assurera au minimum le couple Cpi-io de recharge du stockeur d’énergie 12.
La coupure injection du moteur thermique 2 aura lieu lorsque la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur sera égale aux pertes du moteur thermique 2 plus le minimum des couples Cprio et Cdéies (soit -50 Nm), ici IVC = -60 Nm, les pertes du moteur thermique 2 étant ici de -10 Nm.
La distribution du couple électrique Ceiec dépend du nombre de machine(s) électrique(s), de leur(s) emplacement(s) dans le véhicule, de leur(s) propre(s) rendement(s), de l’état ou des états de couplage de ces machines, mais aussi de plusieurs paramètres. Il est important de noter que le pilotage des organes électrique/électronique du véhicule (alimenté en énergie par le circuit annexe) sera réalisé pour respecter le plus souvent possible cette répartition.
Dans certains cas, il n’est pas possible de réaliser le couple Ceiec. Ainsi, par exemple, sur certains types de véhicule hybride, le moteur thermique 2 présente un régime minimal dit régime de ralenti et est équipé alors d’un système de découplage à bas régime (découplage des roues du véhicule). Pour éviter les échauffements de l’embrayage, il est avantageux d’éviter de recharger le stockeur d’énergie 12 lorsque celui-ci est glissant, ainsi la recharge du stockeur d’énergie 12 à basse vitesse ne pourra pas forcément respecter la consigne Ceiec.
- 19Selon une possibilité offerte par l’invention, on notera que le système prévoit la gestion d’un alterno-démarreur 30.
Les particularités de cet alterno-démarreur 30 sont les suivantes :
- il fournit un couple supérieur à zéro dans la phase de vie de démarrage du moteur thermique 2, à l’instar d’un démarreur.
- Il peut récupérer de l’énergie au moteur thermique 2 via le prélèvement d’un couple.
- son couple prélevé au moteur thermique 2 n’est pas maîtrisable car il dépend de la consommation des auxiliaires électriques branchés sur le 12 Volts, par exemple, lors de l’utilisation de la radio ou des essuies glaces, l’alterno-démarreur prélèvera plus de couple.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système de pilotage d’un stockeur d’énergie de véhicule à motorisation hybride, comportant :
    - un moteur thermique (2) ;
    - au moins une autre source motrice (10, 18) comportant un stockeur d’énergie (12), ladite autre source motrice (10, 18) présentant deux modes d’actionnement, un mode moteur dans lequel elle fournit de l’énergie de manière à délivrer un couple de traction ou d’assistance au moteur thermique (2) et un mode génératrice dans lequel elle stocke de l’énergie, via ledit stockeur d’énergie (12), en vue notamment de fournir ledit couple de traction ou d’assistance ;
    le moteur thermique (2) et l’autre source motrice (10, 18) fournissant respectivement un couple moteur thermique et un couple de traction ou d’assistance destinés à répondre à une demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur,
    - un moyen d’analyse et de commande apte à commander ledit moteur et ladite autre source motrice (10, 18) et à déterminer un niveau de charge du stockeur d’énergie (12), caractérisé en ce que deux seuils de charge du stockeur d’énergie (12) sont prédéfinis dans le moyen d’analyse et de commande, l’un étant défini comme un seuil de charge prioritaire (Spi-io) et l’autre étant défini comme un seuil de charge délestable (Sdéies), le seuil de charge prioritaire (Spno) étant inférieur au seuil de charge délestable (Sdéies), et en ce que :
    - lorsque le moyen d’analyse et de commande détermine qu’un niveau de charge (SoC) du stockeur d’énergie (12) est inférieure au seuil (Sprio), ledit moyen d’analyse et de commande impose, quelque soit la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur, à ladite autre source motrice (10, 18) de fonctionner en mode génératrice de manière à ce que la charge
    -21 du stockeur d’énergie (12) atteigne au moins le seuil de charge prioritaire (Sprio), et
    - lorsque le moyen d’analyse et de commande détermine qu’un niveau de charge (SoC) du stockeur d’énergie (12) est supérieur au seuil de charge prioritaire (Sprio), le moyen d’analyse et de commande impose à ladite autre source motrice (10, 18) de fonctionner en mode génératrice jusqu’à ce que le stockeur d’énergie (12) atteigne le seuil de charge délestable (Sdéies), la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur étant alors prioritaire de sorte que si un couple de traction ou d’assistance est nécessaire ou souhaitable en réponse à cette volonté, le moyen d’analyse et de commande fait basculer l’autre source motrice (10, 18) en mode moteur le temps de répondre à ladite demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur.
  2. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque le moyen d’analyse et de commande détermine qu’un niveau de charge (SoC) du stockeur d’énergie (12) est supérieur au seuil de charge délestable (Sdéies), le moyen d’analyse et de commande impose un fonctionnement du moteur thermique (2), l’autre source motrice (10, 18) étant mise à contribution pour répondre à la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur si le couple moteur thermique (2) n’est pas suffisant.
  3. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’un seuil de charge du stockeur d’énergie (12) est prédéfini dans le moyen d’analyse et de commande comme un seuil d’assistance, le seuil d’assistance étant supérieur au seuil de charge délestable, et en ce que, lorsque le moyen d’analyse et de commande détermine qu’un niveau de charge (SoC) du stockeur d’énergie (12) est supérieur au seuil d’assistance, le moyen d’analyse et de commande impose à l’autre source motrice (10, 18) de fonctionner en mode moteur, le moteur thermique (2) étant mis à contribution pour répondre à la demande de puissance motrice
    -22instantanée de la part du conducteur uniquement si le couple de l’autre source motrice (10, 18) n’est pas suffisant.
  4. 4. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un circuit annexe pour la gestion d’au moins une partie des organes électrique/électronique de véhicule et en ce que le stockeur d’énergie (12) fournit une énergie audit circuit annexe.
  5. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que la délivrance de l’énergie au circuit annexe s’effectue par l’intermédiaire d’une batterie dudit circuit annexe.
  6. 6. Système selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu’il comprend un alterno-démarreur (30), relié au moteur thermique (2), destiné à alimenter en énergie le circuit annexe.
  7. 7. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les seuils de charge délestable (Sdéies) et prioritaire (Spi-io) présentent un hystérésis destiné à confirmer la détermination, par le moyen d’analyse et de commande, d’un niveau de charge (SoC) égal à l’un desdits seuils (Sdéies, Spi-io).
  8. 8. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’autre source motrice (10, 18) consiste en au moins un moteur électrique et le stockeur d’énergie (12) en au moins une seconde batterie.
  9. 9. Véhicule automobile hybride, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un système de pilotage selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  10. 10. Procédé de pilotage d’un stockeur d’énergie de véhicule à motorisation hybride, dans lequel :
    - un moteur thermique (2) et au moins une autre source motrice (10, 18), comportant un stockeur d’énergie (12), fournissent respectivement un couple moteur thermique et un couple moteur hybride destinés à répondre à une demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur,
    - l’autre source motrice (10, 18) présentant deux modes d’actionnement, un mode moteur dans lequel elle fournit de l’énergie de manière à délivrer un couple de traction ou d’assistance au moteur thermique (2) et un mode génératrice dans lequel elle stocke de l’énergie, via ledit stockeur d’énergie (12), en vue notamment de fournir ledit couple de traction ou d’assistance ;
    caractérisé en ce que deux seuils de charge du stockeur d’énergie (12) sont prédéfinis, l’un étant défini comme un seuil de charge prioritaire (Sprio) et l’autre étant défini comme un seuil de charge délestable (Sdéies), le seuil de charge prioritaire (Sprio) étant inférieur au seuil de charge délestable (Sdéies), et en ce que :
    - lorsqu’on détermine qu’un niveau de charge (SoC) du stockeur d’énergie (12) est inférieure au seuil (Sprio), on impose, quelque soit la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur, à ladite autre source motrice (10, 18) de fonctionner en mode génératrice de manière à ce que la charge du stockeur d’énergie (12) atteigne au moins le seuil de charge prioritaire (Sprio), ©t
    - lorsqu’on détermine qu’un niveau de charge (SoC) du stockeur d’énergie (12) est supérieur au seuil de charge prioritaire (Sprio), on impose à ladite autre source motrice (10, 18) de fonctionner en mode génératrice jusqu’à ce que le stockeur d’énergie (12) atteigne le seuil de charge délestable (Sdéies), la demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur étant alors prioritaire de sorte que si un couple de traction ou d’assistance est nécessaire ou souhaitable en réponse à cette volonté, on fait basculer l’autre source motrice (10, 18) en mode moteur le temps de répondre à ladite demande de puissance motrice instantanée de la part du conducteur.
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EP3106362A1 (fr) * 2015-06-20 2016-12-21 MAN Truck & Bus AG Procede d'adaptation en ligne d'une courbe caracteristique d'un vehicule hybride

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