FR3104082A1 - Procede de gestion de l’etat de charge d’une batterie lithium-ion pour vehicule comportant un moteur electrique et un convertisseur de tension continu-continu - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de gestion d’une batterie (200) comportant un convertisseur de tension (100) et un réseau de bord (300), ladite batterie (200) étant apte à accepter un courant minimal (IBATmin), un courant maximal (IBATmax), une tension minimale (UBATmin) et une tension maximale (UBATmax), le réseau de bord étant alimenté par un courant réseau de bord (IRdB), ledit réseau de bord étant apte à accepter une tension minimale (URdBmin) et une tension maximale (URdBmax), ledit procédé comportant les étapes suivantes : une étape de détermination d’un courant cible (IBATci), une étape de détermination selon une fonction (500) d’un courant de consigne (IBATcf), une étape de calcul d’un courant cible (IDCDCc), une étape de détermination selon une fonction (600) d’une tension cible (UDCDCc), une étape de calcul d’une tension minimale (Umin) et d’une tension maximale (Umax), une étape de détermination selon une fonction (700) d’une tension de consigne (UDCDCcf). Figure 1
Description
L’invention se rapporte à un procédé de gestion de l’état de charge d’une batterie lithium-ion pour véhicule, notamment automobile, comportant un moteur électrique et un convertisseur de tension continu-continu. Le procédé selon l’invention peut, notamment, être appliqué aux véhicules hybrides.
Il est connu de l’état de la technique des procédés permettant de contrôler l’état de charge d’une batterie, notamment au plomb ou au lithium. Par exemple, la demande de brevet internationale WO2019/110344 A1 divulgue un procédé de commande d'un système électrique d'un véhicule à moteur électrique, dans lequel le système électrique comprend au moins une batterie au plomb et au moins une batterie au lithium. Les batteries sont couplées électriquement par l'intermédiaire d'un dispositif de couplage. La batterie au plomb est associée à un premier module de surveillance de batterie. La batterie au lithium est associée à un second module de surveillance de batterie. Le procédé divulgué est décrit ci-après. Initialement, une valeur de seuil inférieure et une première valeur de seuil supérieure pour un état de charge de la batterie au lithium sont déterminées. Ensuite, une seconde valeur de seuil supérieure, qui est supérieure à la première valeur de seuil supérieure, est déterminée. Pendant le fonctionnement du véhicule automobile, un état de charge de la batterie au lithium est défini entre une valeur de seuil inférieure et une valeur de seuil supérieure. Lorsque le véhicule automobile est arrêté, l'état de charge de la batterie au lithium est déterminé. Si l'état de charge de la batterie au lithium est supérieur à la première valeur de seuil supérieure, l'état de charge de la batterie au lithium est abaissé à la première valeur de seuil supérieure.
L’inconvénient de ce procédé est qu’il se limite à la gestion de l’état de charge des batteries au plomb et au lithium, sans tenir compte de leurs spécificités technologiques. En effet, une batterie au lithium a des plages de fonctionnement en tension et en intensité différentes de celles d’une batterie au plomb.
Un autre exemple de système de gestion de l’état de charge d’une batterie est décrit dans la demande de brevet US2017/0361791 A1. Il est divulgué un système de gestion de la batterie d'un véhicule, et plus particulièrement un système de gestion empêchant une batterie au lithium d'être surchargée ou trop déchargée. Le système protège en toute sécurité la batterie au lithium de diverses conditions pouvant la dégrader, lorsque cette dernière est utilisée comme batterie basse tension dans ledit véhicule. Le système comprend un relais configuré pour connecter et déconnecter électriquement l'alimentation fournie à une charge à partir d'une batterie, un commutateur de reconnexion configuré pour déterminer un état de connexion en fonction de la manipulation de l'utilisateur et de générer un signal pour activer et désactiver le relais en fonction de l'état de connexion et un contrôleur configuré pour activer et désactiver le relais en fonction de l'état de connexion du commutateur de reconnexion.
L’inconvénient de ce système est qu’il ne gère pas l’état de charge de la batterie au lithium proprement dit, mais fournit uniquement une solution de protection de ladite batterie afin d’éviter son endommagement.
Encore un autre exemple de procédé de gestion de l’état de charge d’une batterie est divulgué dans la demande de brevet internationale WO 2009/076844 A1. Le procédé divulgué consiste à permettre l'arrêt du moteur lorsque l'état de l'automobile satisfait à l'exigence d'un arrêt, ladite exigence incluant : une valeur de différence Verror entre la tension aux bornes de la batterie et la tension de sortie du moteur électrique est inférieure ou égale à une valeur de la différence maximale VerrorMAX d'autorisation d'arrêt du moteur. L'état de charge de la batterie est mesuré pendant l'arrêt si la tension aux bornes de la batterie Vworkest inférieure à une première tension de seuil minimale Vworkmin, permettant le chargement de la batterie par le biais du démarrage du moteur arrêté ou si la tension en circuit ouvert du moteur électrique Vbest inférieure à une seconde tension de seuil minimale Vbminet permettant le chargement de la batterie par le biais du démarrage du moteur arrêté.
Ce procédé de gestion de l’état de charge d’une batterie a pour inconvénient d’être limité à un pilotage du rechargement de ladite batterie lors du démarrage du moteur précédemment arrêté.
Le but de l’invention est donc de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un procédé de gestion de l’état de charge d’une batterie lithium-ion prenant en compte les spécificités techniques de telles batteries.
Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un procédé de gestion de l’état de charge d’une batterie lithium-ion pour véhicule comportant au moins un moteur électrique, un convertisseur de tension continu-continu et un réseau de bord, ledit procédé mettant en œuvre un ordinateur, ladite batterie étant apte à accepter un courant minimal, un courant maximal, une tension minimale et une tension maximale, ledit réseau de bord étant apte à accepter une tension minimale, une tension maximale et un courant de réseau de bord égal à la différence entre un courant de convertisseur de tension continu-continu et un courant de batterie, ledit procédé comportant les étapes suivantes:
- une étape a) d’obtention d’une valeur de l’état de charge à atteindre par ladite batterie;
- une étape b) d’obtention de la valeur de l’état de charge réel de ladite batterie;
- une étape c) d’obtention de la température de ladite batterie;
- une étape d) de calcul de l’erreur de l’état de charge égale à la différence entre la valeur obtenue à l’étape a) et la valeur obtenue à l’étape b);
- une étape e) de détermination d’un courant cible à injecter dans ladite batterie pour atteindre la valeur obtenue à l’étape a);
- une étape f) de détermination selon une fonction d’un courant de consigne à injecter dans ladite batterie;
- une étape g) de calcul d’un courant cible dudit convertisseur de tension continu-continu égal à la somme dudit courant de consigne déterminé à l’étape f) et dudit courant du réseau de bord;
- une étape h) de détermination selon une fonction d’une tension cible du convertisseur de tension continu-continu;
- une étape i) de calcul selon une fonction d’une tension minimale et d’une tension maximale à produire par ledit convertisseur de tension continu-continu ;
- une étape j) de détermination selon une fonction d’une tension de consigne à produire par le convertisseur de tension continu-continu;
- une étape k) de production de la tension de consigne par le convertisseur de tension continu-continu afin que ladite batterie atteigne la valeur d’état de charge à atteindre.
Avantageusement, ladite valeur de l’état de charge à atteindre par ladite batterie est de 80%.
De préférence, ladite tension cible du convertisseur de tension continu-continu est déterminée à partir de données provenant d’essais réalisés sur ledit convertisseur de tension continu-continu, lesdites données fournissant ladite tension cible du convertisseur de tension continu-continu en fonction dudit courant cible calculé à l’étape g).
De préférence, ledit courant cible est déterminé à partir de données provenant d’essais réalisés sur ladite batterie, lesdites données fournissant ledit courant cible en fonction de ladite erreur de l’état de charge, de ladite valeur de l’état de charge réel et de la température de ladite batterie.
De préférence, ledit courant de consigne est égal soit audit courant cible si ledit courant cible est compris entre ledit courant minimal et ledit courant maximal, soit audit courant minimal si ledit courant cible est inférieur audit courant minimal, soit audit courant maximal si ledit courant cible est supérieur audit courant maximal.
De préférence, ladite tension maximale est égale au minimum entre ladite tension maximale du réseau de bord et ladite tension maximale de batterie, ladite tension minimale étant égale au maximum entre ladite tension minimale du réseau de bord et ladite tension minimale de batterie.
De préférence, ladite tension de consigne est égale soit à la tension cible du convertisseur de tension continu-continu déterminée à l’étape h) si ladite tension cible est comprise entre la tension minimale et la tension maximale, soit à la tension minimale si la tension cible du convertisseur de tension continu-continu déterminée à l’étape h) est inférieure à la tension minimale, soit à la tension maximale si la tension maximale est inférieure à la tension cible du convertisseur de tension continu-continu déterminée à l’étape h).
De préférence, ledit véhicule comporte en outre un moteur thermique de type essence ou diesel.
L’invention concerne également un système de traitement de données comprenant un processeur configuré pour mettre en œuvre les étapes a) à k) du procédé.
L’invention se rapporte en outre à un produit de type programme d’ordinateur, comprenant au moins une séquence d’instructions stockée et lisible par un processeur et qui, une fois lue par ce processeur, provoque la réalisation des étapes a) à k) du procédé.
La présente invention concerne aussi un support lisible par un ordinateur comportant le produit de type programme d’ordinateur.
On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, des formes d’exécution de la présente invention, en référence à la figure annexée sur laquelle:
En référence à la figure 1, il est représenté schématiquement les fonctions et éléments intervenant dans le procédé de gestion de l’état de charge selon un mode de réalisation de la présente invention. L’invention n’est pas limitée à ce mode de réalisation. Les fonctions et éléments sont symbolisés par des rectangles. Le procédé est mis en œuvre par ordinateur, intégré au véhicule, et applique une fonction qui détermine un courant cible IBATci à injecter dans la batterie lithium-ion 200. La batterie lithium-ion 200 est apte à accepter une tension minimale UBATmin et une tension maximale UBATmax. Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, la tension minimale UBATmin est de 12V et la tension maximale UBATmax est de 14V. La batterie lithium-ion 200 est également apte à accepter un courant minimal IBATmin et un courant maximal IBATmax. Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, le courant minimal IBATmin est de 60A et le courant maximal IBATmax est de 100A. Cette fonction utilise une valeur SOCc représentative de l’état de charge à atteindre par ladite batterie 200. Cette valeur SOCc peut être, par exemple, 80% ou 75%. On souhaite que ladite batterie 200 ne soit pas complétement chargée afin de laisser 20%, voire 25%, de capacité libre pour stocker de l’énergie électrique provenant de l’énergie produite lors des freinages, ou des décélérations, du véhicule. Le courant cible IBATci est déterminé à partir de données provenant d’essais réalisés préalablement sur ladite batterie 200 faisant intervenir les paramètres suivants: ladite erreur SOCe de l’état de charge, une valeur SOCr de l’état de charge réel de ladite batterie et sa température TEMPBAT. Il a ainsi été réalisé des essais durant lesquels on a fait varier ces paramètres afin d’obtenir à chaque fois un courant cible IBATci spécifique. Ces données sont stockées dans la mémoire de l’ordinateur.
Le procédé utilise ensuite une fonction 500 qui a pour objectif de déterminer un courant de consigne IBATcf à injecter dans ladite batterie 200. Ce courant de consigne IBATcf est égal soit audit courant cible IBATci si ledit courant cible IBATci est compris entre le courant minimal IBATmin et le courant maximal IBATmax, ladite batterie 200 étant apte à accepter les courants supérieurs à IBATmin et les courants inférieurs à IBATmax, soit audit courant minimal IBATmin si ledit courant cible IBATci est inférieur audit courant minimal IBATmin, soit audit courant maximal IBATmax si ledit courant cible IBATci est supérieur audit courant maximal IBATmax. Le procédé utilise ensuite la fonction 600 qui détermine une tension cible UDCDCc d’un convertisseur de tension continu-continu 100. La tension cible UDCDCc est déterminée à partir de données provenant d’essais réalisés préalablement sur ledit convertisseur de tension continu-continu 100 faisant intervenir un courant cible IDCDCc égal à la somme dudit courant de consigne IBATcf et d’un courant de réseau de bord IRdB égal à la différence entre un courant de convertisseur de tension continu-continu IDCDC et un courant de batterie IBAT. Il a ainsi été réalisé des essais durant lesquels on fait varier ces paramètres afin d’obtenir à chaque fois une tension cible UDCDCc spécifique. Ces données sont stockées dans la mémoire de l’ordinateur.
Il est ensuite appliqué une fonction 400 qui calcule une tension minimale Umin et une tension maximale Umax à produire par le convertisseur de tension continu-continu 100. La tension maximale Umax est égale au minimum entre une tension maximale dudit réseau de bord URdBmax et une tension maximale UBATmax, ledit réseau de bord 300 étant apte à accepter une tension maximale URdBmax et ladite batterie 200 étant apte à accepter une tension maximale UBATmax. La tension minimale Umin est égale au maximum entre ladite tension minimale du réseau de bord URdBmin et ladite tension minimale UBATmin, ledit réseau de bord 300 étant apte à accepter une tension minimale URdBmin et ladite batterie 200 étant apte à accepter une tension minimale UBATmin.
Le procédé exploite ensuite une fonction 700 qui détermine une tension de consigne UDCDCcf à produire par le convertisseur de tension continu-continu 100. La tension de consigne UDCDCcf est égale soit à ladite tension cible UDCDCc si ladite tension cible UDCDCc est comprise entre la tension minimale Umin et la tension maximale Umax, soit à la tension minimale Umin si la tension de consigne UDCDCcf du convertisseur de tension continu-continu 100 est inférieure à la tension minimale Umin, soit à la tension maximale Umax si la tension maximale Umax est inférieure à la tension de consigne UDCDCcf du convertisseur de tension continu-continu 100. Finalement, il est produit la tension de consigne UDCDCcf par le convertisseur de tension continu-continu 100 afin que la batterie lithium-ion 100 atteigne la valeur SOCc.
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, la tension UBATmax est inférieure ou égale à 14V afin d’augmenter les durées de vie de la batterie lithium-ion 200 et des composants équipant le réseau de bord 300. Dans un autre mode de réalisation, la tension UBATmax est inférieure ou égale à 12V.
Dans un autre mode de réalisation particulier de l’invention, la tension minimale UBAT min est supérieure ou égale à 11V afin de faire fonctionner de manière optimale les composants du réseau de bord 300.
Dans un mode de réalisation, le procédé selon l’invention met en œuvre un ordinateur, tel qu’un calculateur. Par ailleurs, les étapes du procédé sont mises en œuvre par un système de traitement de données comprenant un processeur. En outre, l’invention concerne également un produit de type programme d’ordinateur comprenant au moins une séquence d’instructions stockée et lisible par ledit processeur et qui, une fois lue par ce processeur, provoque la réalisation des étapes du procédé selon l’invention. Un support, lisible par l’ordinateur embarqué, comportant ledit produit type programme d’ordinateur, est intégré audit véhicule.
Claims (10)
- Procédé de gestion de l’état de charge d’une batterie (200) lithium-ion pour véhicule comportant au moins un moteur électrique, un convertisseur de tension continu-continu (100) et un réseau de bord (300), ledit procédé mettant en œuvre un ordinateur, ladite batterie (200) étant apte à accepter un courant minimal (IBATmin), un courant maximal (IBATmax), une tension minimale (UBATmin) et une tension maximale (UBATmax), ledit réseau de bord (300) étant apte à accepter une tension minimale (URdBmin), une tension maximale (URdBmax) et un courant de réseau de bord (IRdB) égal à la différence entre un courant de convertisseur de tension continu-continu (IDCDC) et un courant de batterie (IBAT), ledit procédé comportant les étapes suivantes:
- une étape a) d’obtention d’une valeur (SOCc) de l’état de charge à atteindre par ladite batterie (200);
- une étape b) d’obtention de la valeur (SOCr) de l’état de charge réel de ladite batterie (200);
- une étape c) d’obtention de la température (TEMPBAT) de ladite batterie (200);
- une étape d) de calcul de l’erreur de l’état de charge (SOCe) égale à la différence entre la valeur obtenue à l’étape a) et la valeur obtenue à l’étape b);
- une étape e) de détermination d’un courant cible (IBATci) à injecter dans ladite batterie (200) pour atteindre la valeur obtenue à l’étape a);
- une étape f) de détermination selon une fonction (500) d’un courant de consigne (IBATcf) à injecter dans ladite batterie (200);
- une étape g) de calcul d’un courant cible (IDCDCc) dudit convertisseur de tension continu-continu (100) égal à la somme dudit courant de consigne (IBATcf) déterminé à l’étape f) et dudit courant du réseau de bord (IRdB);
- une étape h) de détermination selon une fonction (600) d’une tension cible (UDCDCc) du convertisseur de tension continu-continu (100);
- une étape i) de calcul selon une fonction (400) d’une tension minimale (Umin) et d’une tension maximale (Umax) à produire par ledit convertisseur de tension continu-continu (100) ;
- une étape j) de détermination selon une fonction (700) d’une tension de consigne (UDCDCcf) à produire par le convertisseur de tension continu-continu (100) ;
- une étape k) de production de la tension de consigne (UDCDCcf) par le convertisseur de tension continu-continu (100) afin que ladite batterie (200) atteigne la valeur (SOCc) d’état de charge à atteindre. - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite valeur (SOCc) de l’état de charge à atteindre par ladite batterie (200) est de 80%.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite tension cible (UDCDCc) du convertisseur de tension continu-continu (100)est déterminée à partir de données provenant d’essais réalisés sur ledit convertisseur de tension continu-continu (100), lesdites données fournissant ladite tension cible (UDCDCc) du convertisseur de tension continu-continu (100) en fonction dudit courant cible (IDCDCc) calculé à l’étape g).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit courant cible (IBATci) est déterminé à partir de données provenant d’essais réalisés sur ladite batterie (200), lesdites données fournissant ledit courant cible (IBATci) en fonction de ladite erreur de l’état de charge (SOCe), de ladite valeur (SOCr) de l’état de charge réel et de la température (TEMPBAT) de ladite batterie.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit courant de consigne (IBATcf) est égal soit audit courant cible (IBATci) si ledit courant cible (IBATci) est compris entre ledit courant minimal (IBATmin) et ledit courant maximal (IBATmax), soit audit courant minimal (IBATmin) si ledit courant cible (IBATci) est inférieur audit courant minimal (IBATmin), soit audit courant maximal (IBATmax) si ledit courant cible (IBATci) est supérieur audit courant maximal (IBATmax).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite tension maximale (Umax) est égale au minimum entre ladite tension maximale du réseau de bord (URdBmax) et ladite tension maximale de batterie (UBATmax), ladite tension minimale (Umin) étant égale au maximum entre ladite tension minimale du réseau de bord (URdBmin) et ladite tension minimale de batterie (UBATmin).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite tension de consigne (UDCDCcf) est égale soit à la tension cible (UDCDCc) du convertisseur de tension continu-continu (100) déterminée à l’étape h) si ladite tension cible (UDCDCc) est comprise entre la tension minimale (Umin) et la tension maximale (Umax), soit à la tension minimale (Umin) si la tension cible (UDCDCc) du convertisseur de tension continu-continu (100) déterminée à l’étape h) est inférieure à la tension minimale (Umin), soit à la tension maximale (Umax) si la tension maximale (Umax) est inférieure à la tension cible (UDCDCc) du convertisseur de tension continu-continu (100) déterminée à l’étape h).
- Système de traitement de données comprenant un processeur configuré pour mettre en œuvre les étapes a) à k) du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
- Produit de type programme d’ordinateur, comprenant au moins une séquence d’instructions stockée et lisible par un processeur et qui, une fois lue par ce processeur, provoque la réalisation des étapes a) à k) du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
- Support lisible par un ordinateur comportant le produit de type programme d’ordinateur selon la revendication 9.
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|---|---|---|---|
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Citations (6)
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2019
- 2019-12-05 FR FR1913811A patent/FR3104082A1/fr active Pending
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