FR3113790A1 - Systeme de batterie couple a un reseau de distribution electrique terrestre. - Google Patents

Systeme de batterie couple a un reseau de distribution electrique terrestre. Download PDF

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Abstract

Système de batterie comprenant : - un réseau électrique (F1, F2, F3, BD1, BR1) comprenant une batterie principale (BR1), - un dispositif de recharge (OBC) configuré en phase de recharge de sorte à recharger la batterie principale (BR1), - un dispositif de contrôle (CS) de la recharge de la batterie principale par le dispositif de recharge OBC, ce dispositif de contrôle (CS) comprenant : - un moyen de mesure d’une quantité de décharge en cours de la batterie principale (BR1), - un moyen de comparaison de la quantité de décharge en cours à un seuil prédéterminé,- un moyen d’isolement électrique (MI) de la batterie principale configuré de sorte à ralentir la décharge en cours mesurée dès que la quantité de décharge en cours est supérieure au seuil prédéterminé. Figure 1.

Description

SYSTEME DE BATTERIE COUPLE A UN RESEAU DE DISTRIBUTION ELECTRIQUE TERRESTRE.
La présente invention concerne un véhicule comprenant une batterie et un dispositif de surveillance de la recharge de cette batterie. L’invention concerne en particulier un véhicule à propulsion électrique ou hybride rechargeable.
Ce véhicule comprend par exemple :
- un réseau de puissance,
- une batterie principale pour la motricité, alimentant ce réseau de puissance,
- une machine motrice électrique alimentée en puissance par ce réseau de puissance,
- un premier chargeur embarqué dit OBC pour l’acronyme anglais « on board charger » électriquement couplé au réseau de puissance et apte à recharger la batterie principale par un réseau de distribution de courant terrestre lorsque le véhicule y est raccordé, par exemple via une borne de recharge publique ou privée,
- un réseau de bord,
- une batterie secondaire, dite de servitude, alimentant le réseau de bord à une tension continue généralement inférieure à la tension de la batterie principale,
- un second chargeur embarqué dit OBCDC pour l’acronyme anglais « on board charger direct current » couplant électriquement le réseau de puissance au réseau de bord de sorte à recharger cette batterie secondaire en prélevant du courant de la batterie principale,
- un calculateur superviseur, relié à chacun de ces dispositifs.
Ce second chargeur comprend un convertisseur de courant continu-continu de sorte à gérer la différence de niveau de tension entre les deux batteries, et la recharge de la seconde batterie.
Ce réseau de bord alimente des dispositifs du véhicule. Par exemple, ce réseau alimente des calculateurs dont le calculateur superviseur, Ces dispositifs sont des consommateurs de courant, si bien que cette batterie secondaire doit toujours avoir une réserve d’énergie suffisante pour ces fonctions, et être régulièrement rechargée.
Lorsque ce véhicule est connecté à la borne de recharge, l’intention du conducteur est en général de recharger la batterie principale via le premier chargeur embarqué OBC et le réseau de puissance. Cette recharge comprend par exemple un protocole de recharge ayant une phase de recharge et une phase de décharge répétées selon un cycle prédéterminé.
Cependant, lors de la phase de recharge et de décharge, le véhicule consomme de l’énergie:
- pour alimenter le second chargeur embarqué OBCDC qui lui-même peut-être amené à recharger la batterie de servitude pendant ces phases,
- pour alimenter le calculateur de supervision ou tout calculateur ou dispositifs nécessaires à l’exécution de ces phases de recharge et de décharge.
Si la borne de recharge renvoie une erreur au véhicule, le protocole de recharge est arrêté. Si l’un des calculateurs du véhicule renvoie une erreur, suivant la source de l’erreur, le protocole de charge peut être arrêté.
On connait par exemple du document de brevet EP-A1-2701267 un arrêt d’un tel protocole sur détection d’une erreur d’impédance de la batterie rechargée.
Mais quand la borne de recharge ne remonte pas d’erreur au véhicule, par exemple quand l’énergie produite par la borne est très faible, notamment par exemple la borne étant une prise domestique, ou que cette énergie ne parvient pas à la batterie principale pour une raison quelconque non détectée, le calculateur de supervision maintien l’exécution du protocole de recharge. Ainsi les calculateurs du véhicule qui s’occupent de la recharge (dont le calculateur de supervision lui-même) sont eux réveillés et donc consomment de l’énergie fournie par la batterie de servitude, cette batterie de servitude étant rechargée par le second chargeur embarqué OBCDC qui prélève donc à la batterie principale pour la motricité une énergie consommée pour le contrôle de la recharge. Si cette énergie consommée pour le contrôle de la recharge est supérieure à la très faible énergie produite par la borne de recharge, l’énergie manquante est automatiquement prélevée de la batterie principale pour la motricité, qui de fait se décharge en permanence, même pendant les phases de recharge.
Ainsi il persiste une possibilité pour que, bien que l’utilisateur pensant que la recharge se fasse, à son retour il ait la mauvaise surprise de s’apercevoir que sa batterie principale pour la motricité soit totalement déchargée.
Le but principal de l’objet de l’invention est de proposer une amélioration évitant cette possibilité.
De façon à atteindre le but principal, l’invention a pour objet un système de batterie comprenant :
- un réseau électrique comprenant une batterie principale alimentant ce réseau électrique,
- un dispositif de recharge configuré en phase de recharge de sorte à recharger la batterie principale, ce dispositif de recharge étant couplé à un réseau de distribution de courant terrestre,
- un dispositif de contrôle de la recharge de la batterie principale par le dispositif de recharge,
ce dispositif de contrôle comprenant :
- un moyen de mesure d’une quantité de décharge en cours de la batterie principale,
- un moyen de comparaison de la quantité de décharge en cours à un seuil prédéterminé,
- un moyen d’isolement électrique de la batterie principale configuré de sorte à ralentir la décharge en cours mesurée dès que la quantité de décharge en cours est supérieure au seuil prédéterminé.
On comprendra par isolement électrique de la batterie, dans tout le texte de ce document, le fait de découpler la batterie d’un consommateur de courant, par exemple le dispositif de contrôle. Le fait de découpler la batterie d’un consommateur permet de ralentir la décharge en cours.
On comprendra par quantité de décharge, dans tout le texte de ce document, une quantité exprimée par exemple en Ampère heure Ah, qui est l’écart entre deux états de charge d’une même batterie.
On comprendra par décharge, dans tout le texte de ce document, un bilan en puissance de la batterie diminuant son état de charge. Par conséquent, un ralentissement de la décharge correspond à une diminution d’une puissance consommée par un consommateur de puissance couplé à cette batterie principale. Ce consommateur de puissance est par exemple tout un réseau de servitude comprenant une batterie de servitude et une série d’équipements électriques, ou un de ses équipements électriques comme un calculateur ou une pompe de fluide de refroidissement de la batterie principale ou de servitude, ou encore des dispositifs de puissance couplés à la batterie principale et fonctionnant à la tension de cette batterie principale notamment le dispositif de recharge.
On comprendra par phase de recharge, dans tout le texte de ce document, une phase d’un protocole de recharge exécuté par le dispositif de contrôle, ou un dispositif de contrôle dédié quelconque, dont le but est d’augmenter l’état de charge de la batterie principale. Ce protocole de recharge peut comprendre d’autres phases, notamment une phase de décharge volontaire de la batterie principale, ou encore une phase de relaxation de la batterie principale, ces phases étant répétées selon un cycle prédéterminé.
On comprendra implicitement, dans tout le texte de ce document, que cette invention ne s’applique pas pendant la phase de décharge volontaire, mais uniquement pendant la phase de recharge, ou une phase de maintien de charge. On comprendra également implicitement qu’une décroissance de l’état de charge pendant la phase de recharge ou de maintien de charge ne correspond pas à l’attendu durant cette phase, mais correspond justement au cas précédemment présenté où, par exemple, l’énergie produite par le réseau de distribution de courant terrestre est très faible et donc insuffisante pour compenser la consommation électrique du système et sans pour autant émettre un défaut à destination du dispositif de contrôle. Ainsi le dispositif de contrôle maintien la phase de recharge alors que la batterie principale se décharge pour fournir l’énergie manquante.
Mais grâce à l’invention, dès que le moyen de mesure de la quantité de décharge en cours mesure une quantité de décharge en cours supérieure au seuil prédéterminé, le moyen d’isolement électrique de la batterie principale va ralentir la décharge en cours en fonction de l’isolement de la batterie qui sera enclenché.
Il est bien entendu que, une batterie, même entièrement isolée de tout consommateur, est soumise à un phénomène d’autodécharge dans le temps. Aussi l’invention ne peut que ralentir la décharge, au mieux en la faisant tendre vers la valeur de cette autodécharge en isolant complètement la batterie.
Cette invention offre en outre l’avantage d’être entièrement indépendante de diagnostiques de défauts du réseau de distribution de courant terrestre ou de la batterie principale, et par conséquent sera toujours active même pour des cas de défauts non prévus.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen d’isolement électrique comprend un moyen de mise hors tension du dispositif de recharge.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen d’isolement électrique comprend un moyen de mise hors tension du réseau électrique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen d’isolement électrique comprend un moyen de mise en veille du dispositif de contrôle.
La mise en veille du dispositif de contrôle correspond à un mode de fonctionnement dégradé du dispositif de contrôle qui comprend une désactivation de la plupart de ses circuits à l’exception d’un circuit de veille de remise sous tension en attente d’une information de remise en marche du dispositif de contrôle.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen d’isolement électrique comprend un moyen de mise hors tension du dispositif de contrôle.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen d’isolement électrique comprend des interrupteurs électriques.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen de mesure de la quantité de décharge en cours comprend :
- un moyen de mesure d’un état de charge en cours de la batterie principale à différents instants pendant la phase de recharge,
- un moyen de détermination d’un écart entre un état de charge initial à un instant initial et l’état de charge en cours, l’instant initial étant l’instant le plus récent de début de décroissance de l’état de charge en cours, cet écart représentant la quantité de décharge en cours à l’instant en cours lorsqu’il est positif.
Bien entendu, un écart positif est un écart dont l’état de charge initial est supérieur à l’état de charge en cours soustrait, ce qui correspond à une décharge en cours.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen de mesure de l’état de charge est configuré de sorte à mesurer continuellement l’état de charge pendant la phase de recharge.
Selon une variante de réalisation selon l’invention, le moyen de mesure de l’état de charge est configuré de sorte à mesurer séquentiellement l’état de charge pendant la phase de recharge.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de contrôle comprend une mémoire configurée de sorte à stocker de façon permanente et cumulative un code défaut à chaque dépassement du seuil prédéterminé.
L’invention a également pour objet un véhicule automobile à motricité électrique comprenant :
- un système tel que précédemment décrit,
- une machine motrice électrique couplée au réseau électrique et alimentée par la batterie principale,
ce véhicule étant immobilisé et couplé au réseau de distribution de courant terrestre via le dispositif de recharge.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le véhicule est à motricité uniquement électrique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la machine motrice électrique est l’unique machine motrice.
L’invention a également pour objet un procédé de recharge d’un véhicule tel que précédemment décrit, ce procédé étant mis en œuvre par le dispositif de contrôle.
Ce procédé comprend par exemple l’exécution successivement dans l’ordre les étapes suivantes:
- une première étape de recharge de la batterie principale par le dispositif de recharge et comprenant une phase de recharge, et tant que cette phase de recharge est maintenue :
- une deuxième étape de mesure de quantité de décharge en cours de la batterie principale
- une troisième étape de comparaison de cette quantité de décharge en cours à un seuil prédéterminé, et si la quantité de décharge en cours mesurée dépasse ce seuil :
- une quatrième étape de commande du moyen d’isolement électrique pour ralentir la décharge en cours.
Selon un mode de réalisation de ce procédé, la deuxième étape comprend :
- une première sous-étape mesurant l’état de charge en cours de la batterie principale, répétée à différents instants pendant la phase de recharge,
- une deuxième étape déterminant l’instant initial qui correspond à l’instant le plus récent de début de décroissance de l’état de charge en cours,
- une troisième sous-étape déterminant l’écart entre l’état de charge initial et l’état de charge en cours, cet écart représentant la quantité de décharge en cours à l’instant en cours lorsqu’il est positif.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
: La figure 1, figure unique, représente un schéma d’un véhicule selon l’invention.
La figure 1 représente un exemple détaillé de réalisation d’un système de batterie selon l’invention, appliqué à un véhicule V. Mais ce n’est pas obligatoire : ce système de batterie est par exemple appliqué à une station de stockage fixe d’électricité, ou une station de stabilisation de courant fixe ou de chantier par exemple de type bâtiments et travaux publics.
Ce véhicule V comprend :
- un convertisseur de courant C1 comprenant un dispositif de contrôle du convertisseur OBCDC,
- un réseau de communication CAN,
- un dispositif de contrôle CS du véhicule relié au dispositif de contrôle du convertisseur OBCDC par le réseau de communication CAN,
- un (premier) réseau électrique F1, F2, F3, BD1, BR1 et un deuxième réseau électrique interconnectés par le convertisseur de courant C1, ce deuxième réseau électrique comprenant une batterie de servitude BR2 rechargée par le convertisseur de courant C1,
- un équipement électrique E1 du véhicule alimenté par la batterie de servitude BR2,
- un boîtier BECB de détermination de l'état de charge de la batterie de servitude BR2 relié au dispositif de contrôle CS par le réseau de communication CAN.
Ce véhicule comprend en outre :
- une batterie principale, dite de traction BR1 rechargeable dans la suite de ce document,
- une chaîne de transmission comportant au moins une machine motrice électrique MM fournissant du couple pour entraîner au moins un train T1 à partir de l’énergie stockée dans la batterie de traction BR1 rechargeable.
Le premier réseau électrique et le deuxième réseau électrique sont deux réseaux fonctionnant respectivement sous une première tension et une deuxième tension, ces tensions étant par exemple différentes, le convertisseur de courant C1 adaptant la tension d’un réseau à l’autre selon le sens du courant souhaité, dans le cas d’un convertisseur C1 réversible pour transférer du courant de la batterie de servitude BR2 à la batterie de traction BR1 et inversement. Ce convertisseur de courant C1 est par exemple un convertisseur de courant continu / continu, mais pas nécessairement. Sur la figure 1 ce convertisseur C1 est représenté en dehors de la batterie de traction BR1 et de la batterie de servitude BR2, mais ce n’est pas obligatoire et il peut être intégré par exemple dans la batterie de traction BR1, au niveau de ses modules ou même de ses cellules.
Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule V est de type automobile. Il s’agit par exemple d’une voiture. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout type de véhicule comprenant une chaîne de transmission comportant au moins une machine motrice électrique produisant du couple pour entraîner au moins un train (par exemple de roues). Par conséquent, l’invention concerne au moins les véhicules terrestres.
On entend par « machine motrice électrique », dans tout le texte de ce document, une machine (ou un moteur) électrique agencé(e) de manière à fournir ou récupérer du couple pour déplacer un véhicule, soit seul(e) soit en complément d’au moins une éventuelle autre machine motrice électrique ou thermique (comme par exemple un moteur thermique (réacteur, turboréacteur ou moteur chimique)).
On entend ici par équipement électrique E1, dans tout le texte de ce document, un équipement électrique alimenté par la batterie de servitude BR2 sans utiliser le convertisseur de courant C1, qui a besoin d’une quantité d’énergie électrique plus ou moins forte pour fonctionner et qui peut éventuellement assurer une fonction sécuritaire.
Dans l’exemple illustré non limitativement sur l’unique figure, la chaîne de transmission est de type tout électrique (et ne comprend qu’une unique machine motrice électrique MM). Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de chaîne de transmission. En effet, la chaîne de transmission pourrait être de type hybride en comportant en complément une machine motrice thermique associée à au moins un train (par exemple le second T2).
La chaîne de transmission comprend ici, en complément de la machine motrice électrique MM, des moyens de couplage MC et un arbre de transmission AT. Le contrôle d’au moins la machine motrice électrique MM et des moyens de couplage MC est assuré par le dispositif de contrôle CS via le réseau de communication CAN.
Les moyens de couplage MC sont ici chargés de coupler/découpler la machine motrice électrique MM à/de l’arbre de transmission AT, sur ordre du dispositif de contrôle CS, afin de communiquer du couple qu’elle produit et qui est défini par une consigne (de couple ou de régime), grâce à l’énergie électrique stockée dans la batterie de traction BR1, à l’arbre de transmission AT. Ce dernier AT est ici couplé au premier train T1 (ici de roues).
Par exemple, le premier train T1 est situé à l’avant du véhicule V, et de préférence, et comme illustré, couplé à l’arbre de transmission AT via un différentiel (ici avant) D1. Mais dans une variante ce premier train T1 pourrait être situé à l’arrière du véhicule V.
Les moyens de couplage MC peuvent, par exemple, être un mécanisme à crabots ou un embrayage ou un convertisseur de couple hydraulique ou encore un frein. Ils peuvent prendre au moins deux états de couplage : un premier (couplé) dans lequel ils assurent le couplage de la machine motrice électrique MM à l’arbre de transmission AT et un second (découplé) dans lequel ils découplent la machine motrice électrique MM de l’arbre de transmission AT. On notera qu’ils peuvent, également et éventuellement, prendre au moins un état intermédiaire (par exemple pour un glissement d’embrayage).
En variante avantageuse ou en complément, les moyens de couplage MC comprennent un moyen de contrôle à couple moteur faiblement résistif ou nul de la machine motrice électrique MM. Par exemple, le moyen de contrôle à couple moteur faiblement résistif ou nul de la machine motrice électrique MM et agencé de sorte à couper le courant d’induction de la machine motrice MM, supprimant ainsi tout couple transmis entre le rotor et le stator et réalisant ainsi un découplage entre l’arbre de transmission AT et la machine motrice MM.
La batterie de traction BR1 est agencée pour stocker de l’énergie électrique sous la première tension. Elle peut notamment être rechargée via un dispositif de recharge OBC configuré en phase de recharge de sorte à recharger la batterie de traction BR1, ce dispositif de recharge OBC étant couplé à un réseau de distribution de courant terrestre T via par exemple un cordon électrique amovible dédié raccordé au dispositif de recharge OBC d’une part, et à une borne de recharge ou une prise de courant du réseau de distribution de courant terrestre T. Le réseau terrestre est schématisé sur la figure 1 par trois phases P1, P2, P3 de courant alternatif et un neutre N, par exemple.
La machine motrice électrique MM fournit du couple (ici pour entraîner le premier train T1) en consommant de l’énergie stockée sous la première tension dans la batterie de traction BR1.
Par exemple, la première tension peut être comprise entre 200 V et 600 V. A titre d’exemple illustratif, cette première tension peut être égale à 400 V.
La seconde batterie BR2 est agencée pour stocker de l’énergie électrique sous la deuxième tension qui est inférieure à la première tension. Elle peut notamment être rechargée via le convertisseur de courant C1.
Par exemple, la deuxième tension peut être comprise entre 11 V et 24 V. A titre d’exemple illustratif, cette deuxième tension peut être égale à 12 V.
Les équipements électriques E1 du véhicule V consomment de l’énergie stockée sous la deuxième tension (minimale) dans la seconde batterie BR2, du fait qu’ils consomment peu d’énergie électrique. Ils sont donc couplés à cette seconde batterie BR2 via le deuxième réseau.
Le convertisseur de courant C1 est couplé aux batterie de traction BR1 et batterie de servitude BR2, et chargé de convertir la première tension en deuxième tension, notamment pour recharger la batterie de servitude BR2.
Ce véhicule peut comprendre d’autres convertisseurs (non représentés) couplés à la batterie de traction BR1, est propres à être couplés à d’autres batteries ou d’autres équipements électriques, et convertissant la première tension (de la batterie de traction BR1) en une troisième tension, comprise entre les première et deuxième tensions.
Par exemple, la troisième tension peut être comprise entre 40 V et 70 V. A titre d’exemple illustratif, cette troisième tension peut être égale à 48 V ou 60 V.
On notera, comme illustré non limitativement sur l’unique figure, que le véhicule V peut également comprendre un premier boîtier de distribution électrique BD1 connecté à la batterie de traction BR1, au convertisseur de courant C1, et à la machine motrice MM. La connexion entre le premier boîtier de distribution électrique BD1 et la batterie de traction BR1 se fait via un premier faisceau électrique F1. La connexion entre le premier boîtier de distribution électrique BD1 et le convertisseur C1 se fait via un deuxième faisceau électrique F2. La connexion entre le premier boîtier de distribution électrique BD1 et la machine motrice électrique MM se fait via un troisième faisceau électrique F3. Le (premier) réseau électrique, dit réseau de puissance, comprend par exemple la batterie de traction BR1, les premier, deuxième, et troisième faisceaux électriques F1, F2, F3, et le premier boitier de distribution électrique BD1.
On notera également, comme illustré non limitativement sur l’unique figure, que le véhicule V comprend un deuxième boîtier de distribution électrique BD2 connecté à la batterie de servitude BR2 et au convertisseur C1. La connexion entre le deuxième boîtier de distribution électrique BD2 et la batterie de servitude BR2 se fait via un quatrième faisceau électrique F4. La connexion entre le deuxième boîtier de distribution électrique BD2 et le premier convertisseur C1 se fait via un cinquième faisceau électrique F5. Le deuxième réseau, dit réseau de bord, comprend par exemple la batterie de servitude BR1, les quatrième, cinquième faisceaux électriques F5, F5, et le deuxième boitier de distribution électrique BD2.
Ces boitiers de distribution électrique BD1, BD2, sont par exemple contrôlés par le dispositif de contrôle CS, même s’il n’est pas représenté de réseau de communication les concernant sur la figure 1.
Par exemple, chaque boîtier de distribution électrique peut assurer une fonction de protection au moyen, notamment, de fusibles adaptés aux tensions concernées, et éventuellement de composants de commutation de puissance, tels que des relais formant des interrupteurs, selon les besoins fonctionnels.
Le réseau de communication CAN (Controller Area Network) est représenté par des traits fins munis de flèches, mais les informations échangées par ce réseau de communication CAN sont bien dans les deux sens. Ce réseau de communication CAN est par exemple un bus de données multiplexé raccordant à ce même bus un grand nombre de calculateurs ou dispositifs de contrôle qui communiquent à tour de rôle, mais ce n’est pas obligatoire.
On comprendra par batterie de servitude BR2 dans tout le texte de ce document, une batterie appartenant au deuxième réseau électrique, c’est-à-dire fonctionnant sous la deuxième tension (notamment 12V) qui est inférieure à la première tension.
On comprendra par batterie de traction BR1 dans tout le texte de ce document, une batterie appartenant au premier réseau électrique, c’est-à-dire fonctionnant sous la première tension qui est supérieure à la deuxième tension, et qui alimente en courant la machine motrice électrique MM. Cette batterie de traction BR1 a une capacité de stockage d’énergie généralement très supérieure à la batterie de servitude BR2.
On comprendra par batterie, dans tout le texte de ce document, un ensemble comprenant au moins un module de batterie contenant au moins une cellule électrochimique. Cette batterie comprend éventuellement des moyens électriques ou électroniques pour la gestion d’énergie électrique de ce au moins un module, comme par exemple le boîtier BECB de détermination de l'état de charge. Lorsqu’il y a plusieurs modules, ils sont regroupés dans un bac ou carter et forment alors un bloc batteries, ce bloc batteries étant souvent désigné par l’expression anglaise « pack batteries », ce carter contenant généralement une interface de montage, et des bornes de raccordement.
Par ailleurs, on comprendra par cellule électrochimique dans tout le texte de ce document, des cellules générant du courant par réaction chimique, par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion), de type Ni-Mh, ou Ni-Cd ou encore plomb.
Ainsi le système de batterie selon l’invention illustrée sur la figure 1 comprend :
- le premier réseau électrique F1, F2, F3, BD1, BR1 comprenant la batterie de traction BR1 alimentant ce premier réseau électrique, c’est-à-dire à une même tension que la batterie,
- le dispositif de recharge OBC configuré en phase de recharge de sorte à recharger la batterie principale BR1,
- le dispositif de contrôle CS de la recharge de la batterie principale par le dispositif de recharge OBC,
ce dispositif de contrôle CS comprenant :
- un moyen de mesure d’une quantité de décharge en cours de la batterie principale BR1,
- un moyen de comparaison de la quantité de décharge en cours à un seuil prédéterminé,
- un moyen d’isolement électrique MI de la batterie principale configuré de sorte à ralentir la décharge en cours mesurée dès que la quantité de décharge en cours est supérieure au seuil prédéterminé.
Le dispositif de recharge OBC sur la figure 1 est représenté accolé à la batterie de traction BR1, mais ce n’est pas obligatoire : il peut être intégré entièrement dans la batterie de traction BR1, au niveau même des modules ou des cellules, ou bien au contraire être déporté de la batterie de traction BR1. Le dispositif de recharge OBC comprend par exemple une série de transistors de puissance disposés en pont en « H », et un moyen de contrôle de recharge pilotant chaque transistor. Ce moyen de contrôle de recharge est par exemple en interface avec le réseau de communication CAN pour échanger des données ou des commandes avec le dispositif de contrôle CS, notamment par exemple une désactivation de la recharge.
Ce dispositif de recharge OBC est par exemple un convertisseur redresseur de courant alternatif – continue, et peut piloter la recharge en tension, en courant, ou tout autre cycle comprenant la phase de recharge, une phase de décharge, une phase de relaxation de la batterie de traction BR1.
Ce moyen d’isolement électrique MI comprend par exemple :
- un moyen de mise hors tension du dispositif de recharge OBC, commandant par exemple l’arrêt de la recharge au moyen de contrôle de recharge via le réseau CAN,
- un moyen de mise hors tension du réseau électrique F1, F2, F3, BD1, BR1, par exemple en commandant l’ouverture d’un interrupteur isolant une borne de la batterie de traction BR1,
- un moyen de mise en veille du dispositif de contrôle CS,
- un moyen de mise hors tension du dispositif de contrôle (CS),
- des interrupteurs électriques.
On notera en outre que, via le premier boîtier de distribution électrique BD1, il est possible de ne mettre que le deuxième réseau électrique hors tension, et ainsi isoler la batterie de servitude BR2 pour arrêter une possible décharge de la batterie de traction BR1 par le convertisseur C1.
Le moyen de mesure de la quantité de décharge en cours comprend :
- un moyen de mesure d’un état de charge en cours de la batterie principale à différents instants pendant la phase de recharge,
- un moyen de détermination d’un écart entre un état de charge initial à un instant initial et l’état de charge en cours, l’instant initial étant l’instant le plus récent de début de décroissance de l’état de charge en cours, cet écart représentant la quantité de décharge en cours à l’instant en cours lorsqu’il est positif.
Le moyen de mesure de l’état de charge est configuré de sorte à mesurer continuellement l’état de charge pendant la phase de recharge.
Un exemple, non limitatif, de moyen de mesure de l’état de charge pendant une phase de recharge ou de décharge, c’est-à-dire à tout instant et pas seulement dans des situations particulières, est donné dans le document de brevet EP-A1-0090699. Ce document divulgue un procédé de mesure de l’état de charge et un moyen mettant en œuvre ce procédé. Ce procédé (en reprenant les références de ce document mais en remplaçant le terme « générateur » par « batterie ») consiste à « mesurer la tension à vide Vm de la batterie lors de son branchement initial, qui représente sa force électromotrice E(to) à l'instant to dudit branchement initial, on mesure ensuite la tension en charge ou en décharge Vb de la batterie à un instant t1, on calcule la différence ΔV= E (to)-Vb, et on calcule la valeur de la force électromotrice E(t1) de la batterie représentative de son état de charge à l'instant t1 en fonction de la différence ΔV et de sa force électromotrice E(to) à l'instant to, en calculant E(t1) conformément à la relation E (t1)=E (to) - f(ΔV).τ dans laquelle f (ΔV) est une loi prédéterminée qui, pour un type de batterie donné, est indépendante de la capacité nominale de celle-ci et dépend du nombre d'éléments qui la compose et du signe de la différence ΔV qui est positif à la décharge et négatif à la charge, et τ est le temps écoulé entre les instants to et t1 ».
Ainsi il est possible de connaître l’état de charge (SOC pour l’acronyme anglais « state of charge ») de la batterie de traction BR1 à tout instant, l’instant initial étant identifiable à la première apparition d’un écart négatif de l’état de charge entre deux instants rapprochés, par exemple séparés d’une seconde.
En variante, le moyen de mesure de l’état de charge est configuré de sorte à mesurer séquentiellement l’état de charge pendant la phase de recharge.
Ainsi cette variante est moins précise mais demande moins de capacité de calcul pour le dispositif de contrôle CS. L’intervalle de temps entre deux mesures d’état de charge est par exemple entre 10 secondes et 10 minutes, préférentiellement 60 secondes.
Ce système s’applique notamment au véhicule automobile V à motricité électrique, ce véhicule comprenant :
- un système tel que précédemment décrit,
- la machine motrice électrique MM couplée au réseau électrique F1, F2, F3, BD1, BR1 et alimentée par la batterie principale BR1,
ce véhicule étant immobilisé et couplé au réseau de distribution de courant terrestre T via le dispositif de recharge OBC.
Ce dispositif de contrôle CS comprend une mémoire configurée de sorte à stocker de façon permanente et cumulative un code défaut à chaque dépassement du seuil prédéterminé. Ce code défaut pourra alors être lu par un dispositif de diagnostic d’atelier, en service après-vente par exemple.
Ce véhicule est par exemple à motricité uniquement électrique, la machine motrice électrique étant l’unique machine motrice MM du véhicule.
L’invention propose notamment de mettre en œuvre, au sein du véhicule V, un procédé de recharge du véhicule V.
Cette mise en œuvre peut se faire au moyen du dispositif de contrôle CS. Mais ce n’est pas obligatoire et cette mise en œuvre peut se faire par plusieurs dispositifs de contrôle répartis dans le véhicule V, ou en partie regroupés dans un calculateur dédié, ces calculateurs recevant les données nécessaires de différents capteurs disposés dans le véhicule, via le réseau CAN par exemple. Ces calculateurs, ou le dispositif de contrôle CS, comprennent un éventuel programme dédié, par exemple. Par conséquent, un calculateur ou dispositif de contrôle selon l’invention, peuvent être réalisés 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 ».
Ainsi l’invention porte également sur un procédé de recharge du véhicule V tel que précédemment décrit, ce procédé étant mis en œuvre par le dispositif de contrôle CS tel que précédemment décrit.
Ce procédé comprend par exemple l’exécution successivement dans l’ordre les étapes suivantes:
- une première étape de recharge de la batterie de traction BR1 par le dispositif de recharge OBC comprenant une phase de recharge, et tant que cette phase de recharge est maintenue :
- une deuxième étape de mesure de quantité de décharge en cours de la batterie de traction BR1,
- une troisième étape de comparaison de cette quantité de décharge en cours à un seuil prédéterminé, et si la quantité de décharge en cours mesurée dépasse ce seuil :
- une quatrième étape de commande du moyen d’isolement électrique MI pour ralentir la décharge en cours.
Selon un mode de réalisation de ce procédé, la deuxième étape comprend :
- une première sous-étape mesurant l’état de charge en cours de la batterie principale BR1, répétée à différents instants pendant la phase de recharge,
- une deuxième étape déterminant l’instant initial qui correspond à l’instant le plus récent de début de décroissance de l’état de charge en cours,
- une troisième sous-étape déterminant l’écart entre l’état de charge initial et l’état de charge en cours, cet écart représentant la quantité de décharge en cours à l’instant en cours lorsqu’il est positif.
Il est implicite que le moyen de mesure d’une quantité de décharge en cours de la batterie de traction BR1 est apte également à mesurer une quantité de recharge de la batterie de traction BR1 exactement de la même manière, seul le signe de l’écart entre l’état de charge initial et l’état de charge en cours sera inversé en étant cette fois négatif, l’état de charge en cours étant alors supérieur à l’état de charge initial.
Le dispositif de contrôle CS, comprend les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre du procédé tel que précédemment décrit.

Claims (10)

  1. Système de batterie comprenant :
    - un réseau électrique (F1, F2, F3, BD1, BR1) comprenant une batterie principale (BR1) alimentant ce réseau électrique,
    - un dispositif de recharge (OBC) configuré en phase de recharge de sorte à recharger la batterie principale (BR1), ce dispositif de recharge (OBC) étant couplé à un réseau de distribution de courant terrestre (T),
    - un dispositif de contrôle (CS) de la recharge de la batterie principale par le dispositif de recharge (OBC),
    caractérisé en ce que ce dispositif de contrôle (CS) comprend :
    - un moyen de mesure d’une quantité de décharge en cours de la batterie principale (BR1),
    - un moyen de comparaison de la quantité de décharge en cours à un seuil prédéterminé,
    - un moyen d’isolement électrique (MI) de la batterie principale configuré de sorte à ralentir la décharge en cours mesurée dès que la quantité de décharge en cours est supérieure au seuil prédéterminé.
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d’isolement électrique (MI) comprend un moyen de mise hors tension du dispositif de recharge (OBC).
  3. Système selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen d’isolement électrique (MI) comprend un moyen de mise hors tension du réseau électrique (F1, F2, F3, BD1, BR1).
  4. Système selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen d’isolement électrique (MI) comprend un moyen de mise en veille du dispositif de contrôle (CS).
  5. Système selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d’isolement électrique (MI) comprend un moyen de mise hors tension du dispositif de contrôle (CS).
  6. Système selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d’isolement électrique (MI) comprend des interrupteurs électriques.
  7. Système selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de mesure de la quantité de décharge en cours comprend :
    - un moyen de mesure d’un état de charge en cours de la batterie principale à différents instants pendant la phase de recharge,
    - un moyen de détermination d’un écart entre un état de charge initial à un instant initial et l’état de charge en cours, l’instant initial étant l’instant le plus récent de début de décroissance de l’état de charge en cours, cet écart représentant la quantité de décharge en cours à l’instant en cours lorsqu’il est positif.
  8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de mesure de l’état de charge est configuré de sorte à mesurer continuellement l’état de charge pendant la phase de recharge.
  9. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de mesure de l’état de charge est configuré de sorte à mesurer séquentiellement l’état de charge pendant la phase de recharge.
  10. Véhicule automobile (V) à motricité électrique, caractérisé en ce qu’il comprend :
    - un système selon l’une des revendications précédentes,
    - une machine motrice électrique (MM) couplée au réseau électrique (F1, F2, F3, BD1, BR1) et alimentée par la batterie principale (BR1),
    ce véhicule étant immobilisé et couplé au réseau de distribution de courant terrestre (T) via le dispositif de recharge (OBC).
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