FR3096472A1 - Procede de gestion thermique d’un systeme de regulation thermique de vehicule pour une charge rapide - Google Patents

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de gestion thermique d’un système de régulation thermique d’un véhicule apte à répartir une puissance thermique disponible, le procédé comportant un premier mode de répartition (RP1) dans lequel la puissance thermique transférable à l’habitacle (Pcool_hab) est limitée par une première puissance thermique maximale (P1_hab) et la puissance thermique transférable à la batterie (Pcool_bat) est limitée par une deuxième puissance thermique maximale (P1_bat). Selon l’invention, le procédé comporte en outre un deuxième mode de répartition (RP2) dans lequel la puissance thermique transférable à l’habitacle (Pcool_hab) est limitée par une troisième puissance thermique maximale (P2_hab) inférieure à la première puissance thermique maximale (P1_hab) et la puissance thermique transférable à la batterie (Pcool_bat) est limitée par une quatrième puissance thermique maximale (P2_bat) supérieure à la deuxième puissance thermique maximale (P1_bat). Figure 2

Description

Description Titre de l'invention : PROCEDE DE GESTION THERMIQUE D'UN SYSTEME DE REGULATION THERMIQUE DE VEHICULE POUR UNE CHARGE RAPIDE
[0001] Le domaine de l'invention concerne un procédé de gestion thermique d'un système de régulation thermique de véhicule lors des charges électriques rapides pouvant atteindre 350k W.
[0002] A cc jour, l'autonomie de roulage qui reste inférieure aux véhicules à motorisation thermique, la disponibilité des bornes de recharges et la durée de charge électrique des batteries sont des causes encore rédhibitoires pour l'achat de véhicule électriques ou hybrides.
Néanmoins, les dernières avancées technologiques ont permis aux constructeurs de proposer des véhicules munis de batteries de grande capacité (jusqu'à 120kW) offrant ainsi une autonomie allant jusqu'à 500km.
Pour rendre ces véhicules utilisables sur autoroute, il a été nécessaire de déployer des bornes de recharge de haute puissance HPC, pour « High Power Charge » selon l'acronyme anglais.
La réglementation des infrastructures électriques des bornes de recharges prévoit à ce jour des puissances pouvant atteindre 350kW de manière à opérer une recharge complète d'une batterie de gmnde capacité en vingt ou trente minutes environ.
[0003] Cependant, dans ces conditions de recharge, la gestion thermique des batteries est confrontée à d'impornIntes puissances thermiques à dissiper en un laps de temps réduit pour maintenir les cellules électriques dans des plages de fonctionnement garantissant la sécurité du véhicule et évitant un vieillissement accéléré des cellules.
[0004] Pour une charge HPC, une stratégie de régulation thermique consiste à maintenir la température de la batterie en dessous d'un seuil maximal fixé à 50°C environ.
Cependant, très rapidement au cours d'une telle recharge, la température atteint ce seuil maximal, et ce, malgré l'action de refroidissement du système de régulation thermique amené très rapidement à ses capacités frigorifiques maximales.
Pour empêcher une montée en température, il est donc souvent nécessaire d'imposer une limitation du courant de charge ce qui allonge la durée de la charge.
De plus, une fois la charge électrique terminée, il est alors nécessaire d'opérer une phase de pré-conditionnement thermique de la batterie avant le roulage pour abaisser sa température à un niveau d'environ 30°C permettant une puissance nominale de décharge maximum dans un mode électrique pur.
Or, cette phase de pré-conditionnement retarde également le départ en roulage.
[0005] Pour éviter ce retard lié au pré-conditionnement thermique de la batterie, on connait le document.
W0201205955 1A1 proposant une stratégie de gestion thermique visant à 2 atteindre une température cible en fin de recharge pour permettre un début de roulage immédiatement après la fin de la charge.
Cependant, la stratégie de pré-conditionnement est également dépendante des performances thermiques du système de refroidissement qui est bien souvent un facteur de limitation du courant de charge.
[0006] D'autres stratégies visent à réguler la température de la batterie à la température cible tout au long de la recharge, au détriment de la puissance de charge adressée à la batterie du fait de la consommation électrique de la boucle de refroidissement du véhicule.
Quand bien même l'interface de recharge du véhicule serait en capacité d'accepter de très haut courant de charge, le dimensionnement et la configuration de fonctionnement du système de régulation thermique ne sont pas adaptés pour assurer la dissipation totale des calories lors d'une charge HPC à son potentiel maximum.
En effet, les constructeurs privilégient généralement le confort habitacle et les critères de configuration prévoient notamment d'assurer en tout premier lieu les demandes énergétiques pour les besoins thermiques de l'habitacle et pour la charge électrique de la batterie au détriment des besoins de la boucle de refroidissement de la batterie.
[0007] Par ailleurs, des critères NVH, pour « Noise-Vibration-Harshness » selon l'acronyme anglais, limitent le régime de rotation des actionneurs du véhicule susceptibles de transmettre des nuisances mécaniques vers l'habitacle.
C'est le cas par exemple des pompes électriques du véhicule et du compresseur de la boucle de régulation thermique dont le régime de rotation est limité à une valeur maximale imposée par la fonction NVH.
Les critères NVH affectent par conséquent le potentiel de dissipation thermique pour la batterie ce qui entraine une limitation du courant de charge.
[0008] 11 existe donc un besoin de palier les problèmes précités et de proposer une solution de charge électrique améliorée permettant de réduire le temps de charge sur une borne HPC.
Un autre objectif de l'invention est de proposer une stratégie de contrôle de la recharge permettant un roulage immédiat à la suite de la charge électrique pour des trajets de type autoroute.
[0009] Plus précisément, l'invention concerne un procédé de gestion thermique d'un système de régulation thermique d'un véhicule apte à répartir une puissance thermique disponible, en chauffage et/ou en refroidissement, entre une batterie de traction et l'habitacle du véhicule, le procédé comportant un premier mode de répartition de la puissance thermique disponible lors d'une charge électrique de la batterie dans lequel la puissance thermique transférable à l'habitacle est limitée par une première puissance thermique maximale et la puissance thermique transférable à la batterie est limitée par une deuxième puissance thermique maximale.
Selon l'invention, le procédé comporte en outre un deuxième mode de répartition de ladite puissance thermique disponible lors de ladite charge électrique dans lequel la puissance thermique transférable à l'habitacle est limitée par une troisième puissance thermique maximale inférieure à la première 3 puissance thermique maximale et la puissance thermique transférable à la batterie est limitée par une quatrième puissance thermique maximale supérieure à la deuxième puissance thermique maximale.
[0010] Selon une variante, le passage entre le premier mode de répartition et le deuxième mode de répartition est piloté en réduisant le débit d'un fluide caloporteur du système de régulation thermique à destination d'un échangeur thermique de l'habitacle.
[0011] Selon une variante, le deuxième mode de répartition est activé lorsque l'état de charge instantané de la batterie atteint un seuil de déclenchement d'état de charge lors de la charge électrique.
[0012] Selon une variante, avant l'atteinte du seuil de déclenchement, le système de ré- gulation thermique est piloté de sorte à maintenir la batterie à une température inférieure ou égale à une première température maximale prédéterminée et après l'atteinte du seuil de déclenchement, le système de régulation thermique est piloté de sorte à réguler la température de la batterie à une deuxième température cible de consigne.
[0013] Selon une variante, le seuil de déclenchement est calculé dynamiquement en fonction au moins de la deuxième température cible, de la quatrième puissance thermique maximale et d'un état de charge cible planifié en fin de charge de sorte que la batterie atteigne la deuxième température cible en fin de la charge électrique.
[0014] Selon une variante, le deuxième mode de répartition est actif tant que la température instantanée de la batterie est supérieure à la deuxième température cible.
[0015] Selon une variante, le premier mode de répartition est actif lorsque la température instantanée de la batterie est inférieure à la deuxième température cible.
[0016] Selon une variante, la deuxième température cible est une valeur de température de la batterie prédéterminée garantissant une puissance nominale de décharge prédéterminée de la batterie pour un mode de roulage planifié immédiatement à la fin de ladite charge électrique.
[0017] Selon une variante, le procédé comporte en outre un troisième mode de répartition lors de l'activation dudit mode de roulage planifié dans lequel la puissance thermique transférable à l'habitacle est limitée par la première puissance thermique maximale et la puissance thermique transférable à la batterie est limitée par une cinquième puissance thermique maximale inférieure à la deuxième puissance thermique maximale.
[0018] L'invention prévoit également un véhicule automobile comportant une unité de commande, une batterie de traction et un système de régulation thermique apte à réguler thermiquement ladite batterie et l'habitacle du véhicule, dans lequel l'unité de commande est configurée pour mettre en oeuvre le procédé de gestion thermique selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents.
[0019] L'invention prévoit en outre un produit programme-ordinateur comprenant des ins- tructions qui, lorsque le programme est exécuté par une unité de commande du système de régulation thermique, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre l'un quelconque des modes de réalisation du procédé de gestion thermique selon l'invention.
[0020] Grâce au procédé selon l'invention, la phase de pré-conditionnement thermique de la batterie en fin de charge garantit un roulage purement électrique à la puissance de traction maximale immédiatement en fin de charge.
La modification de la répartition de la puissance thermique disponible entre les besoins habitacles et les besoins de la batterie de traction permet d'atteindre la température cible nécessaire en fin de charge HPC lorsque le système de régulation thermique sature à son potentiel maximum.
[0021] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :
[0022] [fig.1] représente une architecture fonctionnelle d'un véhicule automobile équipé d'une batterie rechargeable permettant la mise en oeuvre du procédé de gestion thermique selon l'invention.
[0023] [fig.2] représente des graphiques illustrant la distribution des puissances thermiques du système de régulation thermique du véhicule lors d'une charge électrique.
[0024] [fig.3] représente un synoptique d'un mode de réalisation du procédé de gestion thermique selon l'invention.
[0025] L'invention concerne le domaine de la charge électrique d'une batterie de traction d'un véhicule à partir d'une source d'énergie extérieure au véhicule (réseau domestique ou infrastructure électrique dédiée à la charge électrique de véhicule) et trouve une application particulièrement avantageuse pour les recharges électriques dites rapides fournissant une puissance de recharge supérieure à 50 kW et pouvant atteindre 350kW.
L'invention s'applique aux systèmes de batterie de véhicule automobile à traction purement électrique et aux véhicules hybrides électriques rechargeables disposant d'une interface de recharge.
[0026] La figure 1 représente une architecture fonctionnelle d'un véhicule comportant au moins un module de traction électrique comprenant un train de roues, une machine électrique de traction alimenté en énergie par une batterie de traction 101, un système de régulation thermique comprenant une boucle de régulation thermique principale 200, une boucle secondaire de régulation thermique de la batterie 100, une boucle secondaire de régulation thermique de l'habitacle 300, et une unité de commande du véhicule 400, couramment appelé également superviseur, ECU ou VCU pour « Electric Control Unit » et « Vehicule Control Unit » en anglais.
[0027] Conventionnellement, la batterie de traction 101 est formée de plusieurs cellules électriques pour le stockage d'énergie électrique et est pilotée par un module de contrôle spécifique BMS 102 (« Battery Management System » en anglais) dont la fonction est de piloter les cycles de recharge et de décharge lors des différentes situations de vie rencontrées par le véhicule, que ce soit en roulage, à l'arrêt, ou bien encore lorsque le véhicule est connecté à une borne de recharge 500.
Le véhicule comprend notamment une interface de recharge destinée à coopérer avec une borne extérieure de recharge 500.
[0028] Le module de contrôle BMS 102 a notamment pour fonction le pilotage du courant de charge.
Le courant de charge peut être déterminé en fonction de la température instantanée de la batterie, du courant de charge délivrable par la borne de recharge 500, de l'état de charge SOC (« State of Charge » en anglais), de critère de vieillissement de la batterie ou bien encore de stratégies de charge planifiée en fonction du trajet prévu du véhicule.
[0029] Dans le cadre d'une charge HPC, les stratégies de pilotage du courant de charge visent le plus souvent à obtenir un temps de charge minimum et à bénéficier du courant de charge maximum accepté par la batterie à chaque instant de la charge électrique.
La détermination de la valeur du courant de charge optimal n'est pas ici l'objet de l'invention et peut être dépendante de diverses stratégies de charge propres à chaque constructeur.
[0030] L'invention décrite dans la présente description concerne plus précisément la gestion thermique de la batterie et du système de régulation thermique du véhicule qui est une autre fonctionnalité essentielle de la charge pour bénéficier du courant de charge optimal, et adresse en particulier le contrôle du système de régulation thermique du véhicule.
Le procédé de gestion thermique de l'invention s'applique en coopération de tout type de stratégie de pilotage du courant de charge, et en particulier vise les stratégies de charge HPC où la valeur du courant de charge est égale ou supérieur à 1 C-rate, soit un courant de charge constant permettant la charge de la capacité entière de la batterie en une heure ou moins, 30 minutes pour un courant constant d'une valeur de 2 C-rate.
[0031] De façon connue en soi, le dispositif de contrôle BMS 102 de la batterie 101 peut agir en régulation de courant de manière à empêcher les cellules électriques de dépasser des limites de fonctionnement critique définies selon l'électro-chimie constituant la batterie, par exemple un seuil de température minimal égal à environ 15°C et un seuil de température maximal égal à environ 60°C.
A cet effet, le dispositif de contrôle BMS 102 est apte à imposer des limitations de courant graduelles entre une valeur maximale et une valeur minimale dont les valeurs sont déterminées par la température instantanée de la batterie, pour atteindre un courant nul lorsque la température du système de batterie atteint 60°C par exemple.
Ces limitations sont susceptibles 6 d'augmenter le temps de charge en cas de saturation en température d'où l'importance de la gestion thermique.
[0032] De plus, le dispositif de contrôle BMS 102 est apte à commander un mode de ré- gulation thermique en coopérant avec le système de régulation thermique du véhicule de sorte à transférer une puissance thermique à la batterie et à l'habitacle en chauffage et en refroidissement.
[0033] Le dispositif de contrôle BMS 102 comporte des moyens de mesure des paramètres d'activités de la batterie et est apte à fournir des informations concernant ses paramètres utilisables par l'unité de commande VCU 400 pour déclencher un mode de régulation thermique.
Parmi les paramètres utilisables on peut citer notamment le niveau d'état de charge SOC, la température instantanée, la température maximale acceptable, une température de consigne, la tension aux bornes de la batterie, le courant de charge/décharge, un courant de charge accepté en fonction du niveau d'état de charge et de la température instantanée, la résistance interne ou bien les paramètres d'état de santé.
[0034] Typiquement, le système de régulation thermique du véhicule comporte une boucle principale 200 qui est constituée d'un circuit principal 210 dans lequel circule un fluide frigorigène comportant au moins un compresseur 201, un condenseur 205, un détendeur et un évaporateur.
Dans le cas d'un véhicule électrique et véhicule hybride rechargeable, bien souvent le système de régulation thermique comporte en plus une ou plusieurs boucles secondaires (comme représenté en figure 1), comportant chacune un échangeur thermique pouvant fonctionner comme un évaporateur, dédiées aux besoins thermiques spécifiques de la batterie, l'habitacle ou bien encore un module de traction du véhicule.
Néanmoins, le procédé de gestion thermique selon l'invention s'appliquerait également à d'autres variantes de systèmes de régulation.
La portée du procédé selon l'invention n'est aucunement limitée par l'architecture physique du système de régulation thermique.
[0035] Selon l'architecture de la figure 1, comme c'est le cas généralement des véhicules électriques et hybrides rechargeables équipés de batterie de traction de haute puissance, le véhicule est équipé en outre de la boucle secondaire 100 comportant un circuit secondaire de refroidissement 110 dans lequel circule un fluide secondaire permettant de transférer une puissance thermique entre la batterie et la boucle principale au moyen d'un échangeur thermique 202 (appelé également « chiller »).
L'échangeur thermique 202 est un échangeur de type fluide frigorigène-fluide secondaire.
La boucle secondaire 100 comprend en outre une pompe hydraulique faisant circuler le fluide secondaire, ici de l'eau glycolée, à travers une plaque ou des tubes en contact avec la masse thermique de la batterie 101 afin de puiser des calories qui sont ensuite évacuées par évaporation du fluide frigorigène dans l'échangeur thermique 202. 7
[0036] Par ailleurs, la boucle secondaire 300 est montée en parallèle de l'échangeur thermique 203 et permet de faire circuler le fluide frigorifique à travers un circuit secondaire 302 depuis une sortie de l'échangeur thermique 203 vers un autre échangeur thermique d'habitacle 301 pour ensuite revenir à l'entrée de l'échangeur thermique 203.
[0037] La circulation du fluide secondaire dans la boucle 100 est assurée par la pompe 103 dont la puissance est pilotée au moyen d'un signal de commande Si contrôlé par l'unité de commande VCU.
Le signal de commande S1 est un signal analogique ou numérique apte à piloter le régime de rotation de la pompe, défini en unité tours/ minute par exemple.
[0038] klentiquement, le compresseur 201 est piloté au moyen d'un signal de commande S2 contrôlé par l'unité de commande 400 VCU.
Le signal de commande S2 est un signal analogique ou numérique apte à piloter le régime de rotation du compresseur, défini en unité tours/minute par exemple.
[0039] Par ailleurs, le système de régulation thermique peut comprendre un ventilateur 204 piloté au moyen d'un signal de commande S3 contrôlé par l'unité de commande 400 VCU.
Le signal de commande S3 est un signal analogique ou numérique apte à piloter le régime de rotation du ventilateur, défini en unité tours/minute par exemple.
[0040] La boucle principale 200 du fluide frigorigène comporte en outre des moyens de pilotage de circulation du fluide frigorigène 207, 208 pour distribuer la circulation du fluide frigorigène vers les zones à réguler thermiquement et qui sont ici des vannes dont le débit est piloté par l'unité de commande VCU 400 mettant en oeuvre la fonction de gestion thermique du véhicule selon l'invention.
Les moyens de pilotages 207, 208 sont des vannes à ouverture variable entre 0% et 100% de la section d'ouverture maximale.
La position d'ouverture permet notamment de contrôler le débit du fluide caloporteur pour réguler la puissance thermique transférable.
En variante, les vannes 207, 208 sont remplacées par un distributeur 1 voie/2 voies.
[0041] La vanne 208 permet de piloter le débit du fluide frigorigène dans la boucle se- condaire 300 entre un état de fermeture et un état d'ouverture.
La vanne 208 peut être pilotée à des états intermédiaires de manière à réguler le débit du fluide frigorigène et piloter la puissance thermique transférable à l'échangeur thermique 301.
[0042] De plus, la vanne 207 est positionnée en aval de l'échangeur thermique 203 et en amont de l'échangeur thermique 202.
La vanne 207 permet de piloter le début du fluide frigorigène dans la boucle secondaire 300 entre un état de fermeture et un état d'ouverture.
La vanne 207 peut être pilotée à des états intermédiaires de manière à réguler le débit du fluide frigorigène et piloter la puissance thermique transférable l'échangeur thermique 301.
[0043] Ainsi, le pilotage coordonné des vannes 207 et 208 permet de réguler la distribution 8 de la puissance thermique disponible dans la boucle principale 200 entre les besoins thermiques de la batterie et les besoins thermiques de l'habitacle.
De plus, le pilotage du régime de rotation du compresseur 201, de la pompe 103 et du ventilateur 204 permet d'augmenter ou de diminuer la puissance thermique de refroidissement et de chauffage à la batterie 101 et à l'habitacle.
[0044] Plus précisément, les puissances thermiques maximales transférables à la batterie de traction 101 et à l'habitacle sont fonction du débit et de la température du fluide caloporteur dans la boucle principale 200 et les boucles secondaires 100 et 300 du système de régulation thermique.
Le débit et la température dépendent du régime de rotation des actionneurs rotatifs et de la section d'ouverture des vannes de circulation 207 et 208.
L'unité de commande 400 VCU contient en mémoire des valeurs de commande du régime des actionneurs rotatifs et d'ouverture de section des vannes, notamment les plages de valeurs de régime et de débit en dessous des limites maximales, configurées pour piloter le niveau de puissance thermique transférable selon le procédé de gestion thermique de l'invention.
[0045] Enfin, on notera qu'un module fonctionnel 402 est prévu pour transmettre à l'unité de commande 400 VCU les paramètres de préférences utilisateurs pour piloter la thermique habitacle (température instantanée de l'habitacle, consigne de température habitacle par exemple) et qu'un module fonctionnel 403 a pour fonction de transmettre les données relatives à la navigation du véhicule (trajet, type de parcours, distance restante).
[0046] En figure 2, on représente une situation de charge électrique du véhicule sur une borne de recharge HPC pour laquelle l'état de charge de la batterie croit d'une valeur SOCmin à un instant tO jusqu'à une valeur SOCmax planifiée qui est atteinte à un instant t2.
Après l'instant t2, une phase de roulage est prévue et l'état de charge décroit du fait de l'énergie électrique puisée pour les besoins du module de traction.
Lors de cette situation de charge électrique, le procédé de gestion thermique selon l'invention est exécuté par l'unité de commande du véhicule.
[0047] Plus précisément, la figure 2 contient deux graphiques où un graphique supérieur re- présente l'évolution de la température et de l'état de charge de la batterie lors de la charge électrique HPC puis lors du roulage, et un graphique inférieur représente la distribution de la puissance thermique, dans ce cas-ci en refroidissement lors de la charge électrique HPC.
[0048] Comme on le voit sur le graphique supérieur, la température initiale de la batterie à tO est égale à la valeur Tcib.
La valeur Tcib correspond ici à la valeur de consigne de la régulation thermique de la batterie pour un roulage avant charge électrique et pour un roulage après la charge électrique.
Cette situation correspond à une charge électrique opérée au cours d'un trajet sur autoroute.
Toutefois, la température initiale à l'instant 9 tO pourrait être distincte de la consigne de température en fin de charge selon la situation de roulage.
Pour ce mode de réalisation, la température cible Tcib est par exemple égale à 30°C environ.
[0049] Par ailleurs, la valeur Tmax de la batterie est la valeur maximale acceptée en charge et pour laquelle est généralement commandée une limitation de courant de charge.
Tmax est par exemple égale à environ 50°C.
Entre tO et tl, le procédé de gestion thermique commande un mode de régulation thermique configure pour que la batterie ne dépasse pas Tmax.
[0050] On notera que lorsque la batterie est à une température de valeur Tmax, la puissance nominale disponible de la batterie en décharge (c'est-à-dire pour une situation de vie en roulage) n'est pas compatible d'un roulage sur autoroute.
C'est pourquoi le procédé de gestion thermique opère une phase de régulation thermique entre l'instant tl et t2 lors de la charge électrique pour préconditionner la batterie à la température Tcib pour laquelle la puissance nominale en décharge est maximale, permettant ainsi un roulage purement électrique sur autoroute.
[0051] Plus précisément, entre tl et t2 l'unité de commande VCU 400 du véhicule est apte à opérer deux fonctions pour augmenter la puissance thermique disponible pour la batterie 101 lors d'une charge électrique HPC.
[0052] Une première fonction de régulation thermique désactive ou modifie les limitations de régime NVH de la pompe, du compresseur et du ventilateur pour que le régime de rotation soit pilotable jusqu'au potentiel maximum.
Exceptionnellement, pour atteindre rapidement la valeur de consigne Tcib à l'instant de fin de charge, on accepte que le niveau sonore et vibration soit plus élevé.
Il peut être prévu qu'un message d'information (via un message tableau de bord ou audio par exemple) soit transmis aux passagers pour que cette situation ne les surprenne pas ou ne leur fasse penser à une défaillance du véhicule.
[0053] Une deuxième fonction, représentée par le module fonctionnel 401, consiste à modifier le niveau de répartition de la puissance thermique disponible de la boucle principale 200 de manière à privilégier les besoins thermiques de la batterie de traction par rapport aux besoins thermiques de l'habitacle.
En fonctionnement nominal du véhicule, l'unité de commande est configurée pour assurer un niveau prédéterminé de débit du fluide caloporteur dans la boucle secondaire 300 de manière à garantir une prestation en chaud et en froid dans l'habitacle pour des températures extérieures très froides et très chaudes.
Exceptionnellement, en fin de charge électrique l'unité de commande diminue le débit du fluide caloporteur dans la boucle secondaire 300 pour augmenter la puissance thermique transférable à la batterie, notamment en refroidissement lors d'une charge HPC.
[0054] Comme on le voit en figure 2 sur le graphique inférieur, selon le procédé de gestion thermique de l'invention, l'unité de commande VCU du véhicule configure un premier mode de répartition RP1 de la puissance thermique disponible dans lequel la puissance thermique Penni bat transférable à la batterie entre tO et tl est limitée en maximum par une valeur de puissance maximale P1 bat, et la puissance thermique Pcool transférable à l'habitacle est limitée en maximum à une valeur de puissance maximale P1 hab.
[0055] Ensuite, après l'instant t], l'unité de commande VCU configure un deuxième mode de répartition RP2 dans lequel le débit du fluide caloporteur dans la boucle secondaire de l'habitacle est diminué pour réduire la puissance thermique transférable Pcool hab à une valeur maximale P2 hab inférieure à P1 hab et pour augmenter la puissance thermique transférable Pcool bat à une valeur maximale P2 bat supérieure à P1 bat.
[0056] Par ailleurs, pour augmenter la puissance P2 bat à un niveau encore plus élevé, l'unité de commande modifie de plus optionnellement les paramètres de limitation Lnvh de chacun des actionneurs rotatifs à une valeur de régime maximal correspondant au potentiel maximum en régime du compresseur et de la pompe du système de régulation.
On accepte en effet d'augmenter exceptionnellement les nuisances sonores et vibratoires lors d'une charge HPC pour les besoins de la batterie de traction.
[0057] Ensuite, immédiatement après la fin de la charge électrique, après l'instant t2, l'unité de commande configure un troisième mode de répartition RP3 dans lequel le niveau de puissance thermique transférable Pcool hal) est configure à la valeur nominale P3 hab identique à la valeur Pl_hab.
En variante, P3_hab peut être configurée à une valeur différente lors du roulage du véhicule.
La puissance thermique transférable Pcool_bat est configurée à une valeur P3_bat, ici inférieure à la valeur nominale lors de la charge électrique Pl_bat.
En effet, les besoins thermiques en décharge sont inférieurs aux besoins en charge électrique.
[0058] En figure 3, on a représenté un mode de réalisation préférentiel du procédé de gestion thermique du système de régulation thermique selon l'invention.
Comme indiqué plus haut, l'invention propose notamment de mettre en oeuvre, au sein d'un véhicule, un procédé de gestion thermique destiné à préconditionner thermiquement la batterie en fin de charge électrique afin d'augmenter la puissance de refroidissement pour atteindre une température cible prédéterminée alors que la puissance de refroidissement sature à son niveau maximal nominal.
[0059] Cette mise en oeuvre peut se faire au moyen d'une unité de commande du véhicule VCU comme illustré non limitativement sur la figure I.
Mais cela n'est pas obligatoire.
En effet, le procédé pourrait être implanté dans un module externe à l'unité de commande VCU, tout en étant couplé à cette dernière.
Dans ce dernier cas, le module externe peut être lui-même agencé sous la forme d'un calculateur dédié comprenant un éventuel programme dédié, par exemple.
Par conséquent, le module de mise en oeuvre 11 du procédé de gestion thermique, selon l'invention, peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques (ou encore « software »)), ou bien de circuits électroniques (ou « hardware »), ou encore d'une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels.
[0060] A une première étape 31 d' initialisation de la charge électrique de la batterie, le véhicule est connecté à une borne de recharge extérieure.
L'étape d'initial isation 31 consiste à paramétrer l'opération de charge électrique en fonction des conditions initiales connues via le dispositif de contrôle BMS du véhicule (notamment la température instantanée, l'état de charge SOC et la puissance de refroidissement disponible pour la batterie), via l'interface de recharge du véhicule (notamment le courant de charge disponible et la tension de recharge), via le dispositif de navigation du véhicule (notamment le trajet restant et le type de parcours) et via l'unité de commande VCU du véhicule (notamment les besoins habitacle et les configuration NVH).
[0061] Lors de l'étape d' initialisation 31, le procédé détermine notamment les valeurs de pa- ramétrage des modes de régulation thermique, en particulier les valeurs des limitations NVH des actionneurs rotatifs du système de régulation thermique et les paramètres de déclenchement du deuxième mode de répartition de la puissance thermique disponible RP2 lors de la charge électrique qui permettent d'atteindre la température cible Tcib à l'instant de fin de charge électrique.
Le procédé détermine également une valeur cible d'état de charge planifiée mettant fin à la charge électrique, par exemple en fonction de la destination et du trajet prévu immédiatement après la charge.
[0062] Une fois l'étape d'initialisation terminée, le procédé comporte une étape de charge électrique de la batterie 32, débutant à l'instant tO en référence à la figure 2, durant laquelle un courant de charge est délivré à la batterie et où la température maximale acceptée est la valeur Tmax, environ par exemple à 50°C.
Lors de cette première phase de charge entre tO et tl, la puissance thermique disponible par le système de régulation thermique est répartie conformément au premier mode RPI.
Lors du mode RPI, le débit de fluide caloporteur dans la boucle secondaire de l'habitacle est pilotable jusqu'à un niveau maximum suffisant pour répondre aux besoins thermiques prévus en fonctionnement nominal.
[0063] De plus, le régime de la pompe de la boucle secondaire de refroidissement 100 de la batterie, en référence à la figure 1, est limité du fait des limitations NVH nominales.
Dans un premier temps, seul le fluide frigorigène de la boucle secondaire 100 est en circulation, puis la boucle principale de refroidissement est configurée pour entrer en action de refroidissement pour augmenter la puissance de refroidissement Pcool_bat, notamment lorsque la température instantanée de la batterie s'approche de la limite Tmax. 12
[0064] On peut néanmoins envisager en variante que la boucle secondaire et la boucle principale agissent graduellement en refroidissement dès l'instant tO.
On rappelle que les régimes de la pompe, du compresseur et du ventilateur sont limités par la fonction NVH de l'unité de commande VCU à des valeurs inférieures au potentiel maximum pour réduire le niveau de nuisance des actionneurs.
[0065] A une étape 33, le procédé détecte que la température instantanée That de la batterie est égale ou supérieure à la température maximale Tmax.
Le procédé active par conséquent, à une étape 34, la boucle principale de refroidissement 200 pour refroidir la batterie.
[0066] La répartition de la puissance thermique en refroidissement du système de régulation est encore configurée selon le mode de répartition RP1.
Par ailleurs, la pompe de la boucle secondaire, le compresseur et le ventilateur de la boucle principale sont pilotable en régime tournant à des valeurs plafonnées par les valeurs prédéterminées des limites NVH.
[0067] Lorsque les valeurs de régime sont pilotées aux limites NVH, la puissance de refroi- dissement disponible est à son niveau maximum.
La puissance générée par la batterie est quant à elle dépendante du courant de charge et de la température instantanée.
Dans le cas d'une charge HPC, il est probable que la batterie atteigne la température Tmax et que le système de refroidissement sature à son potentiel de refroidissement maximum.
Pour maintenir la température de la batterie Tbat en-dessous de la température Tmax, le dispositif de contrôle BMS pilote un courant de charge pour lequel la puissance générée est à une valeur égale à la puissance de refroidissement maximale, ou à une valeur inférieure au détriment du temps de charge.
[0068] A une étape 35, le procédé détecte à l'instant tl que l'état de charge instantané SOC de la batterie a atteint un seuil de déclenchement SOCst autorisant le déclenchement du deuxième mode de répartition RP2 de la puissance thermique disponible en refroidissement.
D'autres variantes de déclenchement d'autorisation du deuxième mode de répartition RP2 sont envisageables, par exemple une durée de charge suivant l'instant tO.
[0069] Le seuil de déclenchement SOCst, ou le seuil de durée de charge le cas échéant, est calculé dynamiquement en fonction au moins de la température cible de charge, de la puissance thermique transférable à la batterie lorsque le mode de répartition RP2 est activé et de l'état de charge cible planifié en fin de charge de sorte que la température planifiée de la batterie atteigne la température cible en fin de charge.
[0070] Par exemple, l'unité de commande VCU mémorise des modèles de montée en température de la batterie en fonction du courant de charge et de l'état de charge de la batterie permettant de déterminer un comportement thermique de la batterie en regard de la puissance de refroidissement transférée à la batterie.
En variante, le seuil de dé- 13 clenchement peut être déterminé empiriquement sur banc de test de la batterie et mémorisé en mémoire de l'unité de commande VCU, ou peut être une valeur par défaut fixée en fonction de l'état de charge cible, par exemple comprise entre 60% et 80% de la valeur de SOCmax.
[0071] Selon une variante préférentielle, après tl, le procédé de gestion thermique régule la température That de la batterie de manière à atteindre la température Tcib à l'instant t2 de fin de charge, 30°C dans l'exemple de la figure 2.
Pour la situation de la figure 2, à tl, la température instantanée est égale à la température Tmax.
À partir de t], le procédé vérifie à une étape 36 si la température That est supérieure à la température Tcib, et en cas de détection positive, à une étape 38, le procédé active le deuxième mode de répartition RP2 où la puissance thermique maximale transférable à l'habitacle est réduite à la valeur P2 hal) pour augmenter la puissance thermique maximale transférable à la batterie jusqu'à la valeur P2 bat.
En fin de charge HPC, l'unité de commande VCU du véhicule privilégie les besoins thermiques de la batterie de traction pour atteindre la consigne Tcih.
[0072] Optionnellement, lors de l'étape 38, les paramètres de limitation Lnvh en régime de rotation de la pompe, du compresseur et du ventilateur sont augmentés.
Le procédé augmente ainsi le potentiel de refroidissement.
[0073] On notera que l'augmentation de la puissance de refroidissement à la batterie permet d'abaisser la température de la batterie en fin de charge et/ou d'augmenter le courant de charge.
Dans la situation de la figure 2, le procédé vise à abaisser la température à la consigne cible Tcib.
Il est envisageable que le courant de charge puisse être augmenté en parallèle pour réduire également le temps de charge.
[0074] Le deuxième mode de répartition RP2 est maintenu tant que la température ins- tantanée Tbat est supérieure à la consigne de température Tcib entre les instants tl et t2.
[0075] Dans le cas où la température Tbat atteindrait une valeur inférieure ou égale à la consigne Tcib, le procédé, à une étape 37, active de nouveau le mode de répartition RP1 où la puissance thermique Pcool_hab est limitée à la valeur Pl_hab et la puissance thermique Pcool_bat est limitée à la valeur Pl_bat.
Ainsi, on assure les prestations thermiques habitacle prévues initialement.
[0076] Optionnellement, lors de l'étape 37, les limitations Lnvh sont abaissées de manière à garantir les prestations NVH nominales.
De plus, l'étape 37 n'est pas obligatoire.
En variante, le mode RP2 peut être maintenu actif constamment entre l'instant tl jusqu'à l'instant t2 de fin de charge.
[0077] Enfin, à l'instant t2, lorsque l'état de charge SOC est égal ou supérieur à l'état de charge cible SOCmax de la charge électrique, l'unité de commande du véhicule arrête la charge électrique HPC et active à une étape 39 le mode de répartition de la puissance 14 thermique RP3.
[0078] En variante, la consigne de température cible après l'instant tl peut être graduelle entre la valeur Tmax et Tcib pour atteindre Tcib à l'instant t2.
On notera que le procédé de gestion thermique selon l'invention s'applique quelle que soit la fonction d'asservissement thermique mise en oeuvre par le dispositif de contrôle BMS du véhicule.
[0079] Après l'instant t2, on prend l'hypothèse que le véhicule entre dans une situation de vie de roulage, pouvant être de type autoroute.
Le procédé détecte une configuration de la chainc cinématique du véhicule permettant un roulage durant lequel le module de traction du véhicule transmet du couple aux roues pour son déplacement.
Cette configuration est détectable par l'unité de commande VCU à partir des signaux de commande et d'état de la machine électrique de traction par exemple.
[0080] Après le début de roulage, le procédé commande le troisième mode de répartition RP3 où la puissance thermique P3 bat transférable à la batterie de traction (en refroidissement ou chauffage) est suffisante pour réguler la température de la batterie à la température de consigne Tcib lors du roulage.
On rappelle que la température Tcib amène la batterie dans les conditions thermiques pour délivrer une puissance de décharge maximale.
[Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]

Claims (1)

  1. REVENDICATIONSProcédé de gestion thermique d'un système de régulation thermique (100, 200, 300) d'un véhicule apte à répartir une puissance thermique disponible, en chauffage et/ou en refroidissement, entre une batterie de traction (101) et l'habitacle du véhicule, le procédé comportant un premier mode de répartition (RP1) de la puissance thermique disponible lors d'une charge électrique de la batterie (101) dans lequel la puissance thermique transférable à l'habitacle (Pcool hab) est limitée par une première puissance thermique maximale (Pl hall) et la puissance thermique transférable à la batterie (Pcool_bat) est limitée par une deuxième puissance thermique maximale (Pl_bat), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un deuxième mode de répartition (RP2) de ladite puissance thermique disponible lors de ladite charge électrique dans lequel la puissance thermique transférable à l'habitacle (Pcool_hab) est limitée par une troisième puissance thermique maximale (P2_hab) inférieure à la première puissance thennique maximale (Pl_hab) et la puissance thermique transférable à la batterie (Pcool_bat) est limitée par une quatrième puissance thermique maximale (P2_bat) supérieure à la deuxième puissance thermique maximale (Pl_bat). Procédé de gestion thermique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le passage entre le premier mode de répartition (RP1) et le deuxième mode de répartition (RP2) est piloté en réduisant le débit d'un fluide caloporteur du système de régulation thermique (100, 200, 300) à destination d'un échangeur thermique (301) de l'habitacle. Procédé de gestion thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième mode de répartition (RP2) est activé lorsque l'état de charge instantané de la batterie (SOC) atteint un seuil de déclenchement d'état de charge (SOCst) lors de la charge électrique. Procédé de gestion thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'avant l'atteinte du seuil de déclenchement (SOCst), le système de régulation thermique (100, 200, 300) est piloté de sorte à maintenir la batterie (101) à une température inférieure ou égale à une première température maximale prédéterminée (Tmax) et en ce qu'après l'atteinte du seuil de déclenchement (SOCst), le système de régulation thermique (100, 200, 300) est piloté de sorte à réguler la température de la batterie (101) à une deuxième température cible de consigne (Tcib). Procédé de gestion thermique selon les revendications 3 et 4, caractérisé 16 [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] en ce que le seuil de déclenchement (SOCst) est calculé dynamiquement en fonction au moins de la deuxième température cible (Tcib), de la quatrième puissance thermique maximale (P2 bat) et d'un état de charge cible planifié (S0Cmax) en fin de charge de sorte que la batterie atteigne la deuxième température cible (Tcib) en fin de la charge électrique. Procédé de gestion thermique selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le deuxième mode de répartition (RP2) est actif tant que la température instantanée de la batterie (101) est supérieure à la deuxième température cible (Tcib). Procédé de gestion thermique selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le premier mode de répartition (RP1) est actif lorsque la température instantanée de la batterie est inférieure à la deuxième température cible (Tcib). Procédé de gestion thermique selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la deuxième température cible (Tcib) est une valeur de température de la batterie (101) prédéterminée garantissant une puissance nominale de décharge prédéterminée de la batterie pour un mode de roulage planifié immédiatement à la fin de ladite charge électrique. Procédé de gestion thermique selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un troisième mode de répartition (RP3) lors de l'activation dudit mode de roulage planifié dans lequel la puissance thermique transférable à l'habitacle (Pcool_hab) est limitée par la première puissance thermique maximale (Pl_hab) et la puissance thermique transférable à la batterie (Pcool_bat) est limitée par une cinquième puissance thermique maximale (P3_bat) inférieure à la deuxième puissance thermique maximale (Pl_bat). Véhicule automobile comportant une unité de commande (400), une batterie de traction (101) et un système de régulation thermique (100, 200, 300) apte à réguler thermiquement ladite batterie (101) et l'habitacle du véhicule, caractérisé en ce que l'unité de commande (400) est configurée pour mettre en oeuvre le procédé de gestion thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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