FR3122786A1

FR3122786A1 - Procede de gestion d’un niveau de charge d’un stockeur d’energie basse tension

Info

Publication number: FR3122786A1
Application number: FR2104778A
Authority: FR
Inventors: Yannick Botchon
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr
Priority date: 2021-05-06
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2022-11-11
Anticipated expiration: 2041-05-06
Also published as: FR3122786B1

Abstract

Un aspect de l’invention concerne un procédé de gestion d’un niveau de charge d’un stockeur d’énergie basse tension implémenté dans un réseau basse tension d’une architecture électrique d’un véhicule, ledit procédé comportant les étapes de : déterminer un niveau de charge dudit stockeur d’énergie basse tension;déterminer un niveau de charge d’un stockeur d’énergie haute tension;si ledit stockeur d’énergie basse tension présente un niveau de charge en deçà d’un niveau de charge basse tension cible et que ledit stockeur d’énergie haute tension présente un niveau de charge au-delà d’un niveau de charge haute tension minimal, recharger ledit stockeur d’énergie basse tension au moyen dudit stockeur d’énergie haute tension. Figure 1

Description

PROCEDE DE GESTION D’UN NIVEAU DE CHARGE D’UN STOCKEUR D’ENERGIE BASSE TENSION

Un aspect de l’invention se rapporte à un procédé de gestion d’un niveau de charge d’un stockeur d’énergie basse tension implémenté dans un réseau basse tension d’une architecture électrique d’un véhicule hybride ou électrique.

Le stockeur d’énergie basse tension, par exemple de 12V, est un élément clé dans l’architecture d’un véhicule, notamment électrique. Il permet en particulier d’alimenter l’ensemble des calculateurs et consommateurs électriques du réseau de bord, lorsque le générateur d’énergie électrique, par exemple une batterie lithium-ion de 400V, n’est plus ou pas encore actif. Ce stockeur d’énergie basse tension permet également d’assurer en dernier recours les performances des systèmes sécuritaires du véhicule en cas de freinage ou d’évitement. Il est donc nécessaire de pouvoir le garder un état de charge du stockeur d’énergie basse tension qui permette de satisfaire à ces nombreux besoins.

Il est par exemple connu du document FR-B1-3018007 un véhicule équipé d'une batterie basse tension et un convertisseur DC/DC embarqué prévu pour recharger la batterie basse tension à partir du réseau de bord du véhicule en cours de charge par un réseau extérieur.

Un tel véhicule permet de recharger, lorsque le véhicule est branché sur un réseau extérieur, la batterie basse tension. Pour autant, lorsque le véhicule est à l’arrêt et qu’il n’est pas branché sur un réseau extérieur, le stockeur d’énergie basse tension n’est aucunement rechargé. Ainsi, si le stockeur d’énergie basse tension est chargé insuffisamment il ne sera pas en mesure de mettre en œuvre certaines fonctionnalités, par exemple le préchauffage du véhicule à l’approche du conducteur ou une mise à jour des logiciels.

Le but de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un procédé de gestion d’un niveau de charge d’un stockeur d’énergie basse tension de véhicule permettant de maintenir chargé le stockeur d’énergie basse tension.

Dans ce contexte, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un procédé de gestion d’un niveau de charge d’un stockeur d’énergie basse tension implémenté dans un réseau basse tension d’une architecture électrique d’un véhicule, l’architecture électrique comportant au moins un calculateur et un réseau haute tension comportant un stockeur d’énergie haute tension. En fin de roulage, le procédé comporte les étapes, exécutées par le au moins un calculateur, de :

déterminer un niveau de charge du stockeur d’énergie basse tension;
déterminer un niveau de charge du stockeur d’énergie haute tension;
si le stockeur d’énergie basse tension présente un niveau de charge en deçà d’un niveau de charge basse tension cible et que le stockeur d’énergie haute tension présente un niveau de charge au-delà d’un niveau de charge haute tension minimal, recharger le stockeur d’énergie basse tension au moyen du stockeur d’énergie haute tension.

Le procédé selon cet aspect de l’invention permet de systématiquement détecter si le stockeur d’énergie basse tension nécessite, en fin de roulage, une charge complémentaire et d’assurer la charge de façon autonome. En effet, la recharge est effectuée directement à partir du stockeur d’énergie haute tension. Autrement dit, il n’est pas nécessaire de relier l’architecture électrique du véhicule à un réseau électrique externe.

Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé de gestion d’un niveau de charge d’un stockeur d’énergie basse tension de véhicule peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.

Selon un aspect de l’invention, l’étape de recharger comporte les sous-étapes de :

piloter un maintien en état actif d’éléments de l’architecture électrique;
déterminer une consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension pour atteindre le niveau de charge basse tension cible ;
appliquer, à partir du stockeur d’énergie haute tension, une tension égale à la consigne de tension aux bornes du stockeur d’énergie basse tension.

Selon un aspect de l’invention, la sous étape de déterminer une consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension comporte les sous-étapes de :

déterminer une pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension;
sécuriser la pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension de manière à protéger le réseau basse tension ;
déterminer une correction à appliquer sur la pré-consigne de tension sécurisée, la correction étant fonction d’une variation de tension mesurée dans le réseau basse tension ;
la consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension étant fonction de la pré-consigne de tension sécurisée et de la correction.

Selon un aspect de l’invention, la pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension est déterminée en fonction d’un état de charge mesuré du stockeur d’énergie basse tension et d’une température mesurée du stockeur d’énergie basse tension.

Selon un aspect de l’invention, la pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension est en outre fonction d’une information sur la certitude de l’état de charge mesuré de sorte que si l’état de charge mesuré est incertain, la pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension est exclusivement fonction de la température mesurée.

Selon un aspect de l’invention, lorsque l’état de charge mesuré est incertain, l’étape de recharger est effectuée même si le stockeur d’énergie basse tension présente un niveau de charge au delà du niveau de charge basse tension cible.

Selon un aspect de l’invention, la pré-consigne de tension sécurisée est égale à:

la pré-consigne de tension lorsque ladite pré-consigne de tension est comprise entre une tension minimale du stockeur d’énergie basse tension et une tension maximale du stockeur d’énergie basse tension ;
ladite tension minimale du stockeur d’énergie basse tension lorsque ladite pré-consigne de tension est inférieure à ladite tension minimale du stockeur d’énergie basse tension ;
ladite tension maximale du stockeur d’énergie basse tension lorsque ladite tension maximale du stockeur d’énergie basse tension est inférieure à ladite pré-consigne de tension.

Selon un aspect de l’invention, l’étape de recharger le stockeur d’énergie basse tension au moyen du stockeur d’énergie haute tension présente une durée fixe prédéterminée.

Selon un aspect de l’invention, l’étape de recharger le stockeur d’énergie basse tension au moyen du stockeur d’énergie haute tension présente une durée variable, le stockeur d’énergie basse tension étant rechargé tant que le niveau de charge du stockeur d’énergie basse tension est deçà du niveau de charge basse tension cible et que le niveau de charge du stockeur d’énergie haute tension est au-delà du niveau de charge haute tension minimal.

Selon un aspect de l’invention, la durée variable est limitée à une durée maximale.

Un autre aspect de l’invention se rapporte à un véhicule comportant un stockeur d’énergie basse tension, un stockeur d’énergie haute tension et un convertisseur de tension disposé entre le stockeur d’énergie basse tension et le stockeur d’énergie haute tension. Le véhicule comporte en outre au moins un calculateur agencé pour mettre en oeuvre le procédé selon l’un quelconque des aspects de l’invention précités.

L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.

représente de façon schématique un véhicule selon un aspect non limitatif de l’invention.

illustre de façon schématique un diagramme d’étapes d’un mode de mise en œuvre non limitatif du procédé selon l’invention

La illustre un véhicule 1 comportant une architecture électrique 2 comportant un réseau basse tension 3, par exemple de 12V, et un réseau haute tension haute tension 4, par exemple de 400V.

Le réseau basse tension 3 comporte notamment :

un stockeur d’énergie basse tension 5 de 12V ,
un calculateur 6 de type BECB pour boîtier état charge batterie ,
un calculateur 7 de type eVCU pour electric vehicle control unit en anglais , et
un calculateur 8 de type BSI pour boitier de servitude intelligent.

Le réseau haute tension 4 comporte quant à lui un stockeur d’énergie haute tension 9 de 400V.

L’architecture électrique 2 comporte en outre un convertisseur de tension 10 de type DCDC. Le convertisseur de tension 10 est disposé entre le stockeur d’énergie basse tension 5 et le stockeur d’énergie haute tension 9.

La montre un diagramme d’étapes d’un mode de mise en œuvre du procédé 100 de gestion d’un niveau de charge d’un stockeur d’énergie basse tension selon un aspect non limitatif de l’invention. Les étapes du procédé 100 peuvent être exécutées par les calculateurs de type BECB, eVCU et BSI illustrés à la .

Le procédé 100 comporte, en fin de roulage, une étape de déterminer 101 un niveau de charge du stockeur d’énergie électrique basse tension 5. La fin de roulage correspond à une phase d’arrêt du véhicule, par exemple lorsque le contact du véhicule est coupé par le conducteur. Cette étape de déterminer 101 peut être exécutée par le calculateur 7 eVCU au moyen d’information transmises par le calculateur 6 BECB.

Le procédé 100 comporte ensuite une étape de déterminer 102 un niveau de charge du stockeur d’énergie haute tension 9. Cette étape de déterminer 102 peut par exemple être exécutée par le calculateur 7 eVCU.

Dans une mise en œuvre non limitative, si le stockeur d’énergie basse tension 5 présente un niveau de charge en deçà d’un niveau de charge basse tension cible, par exemple 85%, et que le stockeur d’énergie haute tension 9 présente un niveau de charge au-delà d’un niveau de charge haute tension minimal, le procédé 100 comporte une étape de recharger 103 le stockeur d’énergie basse tension 5 au moyen du stockeur d’énergie haute tension 9. Cette étape de recharger 103 peut par exemple être exécutée au moyen du calculateur 7 eVCU, du calculateur 8 BSI et du convertisseur de tension 10.

Dans une mise en œuvre non limitative, l’étape de recharger 103 le stockeur d’énergie basse tension 5 au moyen du stockeur d’énergie haute tension 9 présente une durée fixe prédéterminée.

Dans une mise en œuvre différente, l’étape de recharger 103 le stockeur d’énergie basse tension 5 au moyen du stockeur d’énergie haute tension 9 présente une durée variable, la durée variable étant fonction :

du niveau de charge du stockeur d’énergie basse tension 5, et
du niveau de charge du stockeur d’énergie haute tension 9.

La durée de recharge du stockeur d’énergie basse tension 5 dépend alors de l’atteinte du niveau de charge basse tension cible et de la disponibilité de l’énergie dans le stockeur d’énergie haute tension 9 pour recharger le stockeur d’énergie basse tension 5.

Dans une mise en œuvre non limitative, cette durée variable peut être limitée à une durée maximale, par exemple de 30 minutes.

L’étape de recharger 103 comporte une sous-étape de piloter 103a un maintien en état actif d’éléments de l’architecture électrique 2. Ces éléments sont notamment formés par :

le calculateur 6 de type BECB ;
le calculateur 7 de type eVCU ;
le calculateur 8 de type BSI ;
le convertisseur de tension 10 ;
des réseaux de communication entre les calculateurs 6, 7, 8, le convertisseur de tension 10 et les stockeurs d’énergie 5 et 9. Ces réseaux de communication peuvent être formés par des réseaux de type CAN, eCAN et LIN.

Le maintien en état actif de ces éléments peut être effectué par le calculateur 8 BSI.

Le maintien en état actif de ces éléments permet au procédé 100 de réaliser effectivement la recharge du stockeur d’énergie basse tension 5 alors même que le conducteur du véhicule a retiré la clé du véhicule.

L’étape de recharger 103 comporte une sous-étape de déterminer 103b une consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension 5 pour atteindre le niveau de charge basse tension cible.

La sous-étape de déterminer 103b une consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension 5 peut être réalisée au moyen des sous-étapes 103b1, 103b2 et 103b3 suivantes.

La sous-étape de déterminer 103b une consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension 5 peut comporter une première sous-étape de déterminer 103b1 une pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension 5.

Dans un exemple de réalisation non limitatif, la pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur énergie électrique basse tension 5 est déterminée en fonction d’un état de charge mesuré du stockeur d’énergie basse tension 5 et d’une température mesurée du stockeur d’énergie basse tension 5.

Le calculateur 6 BECB peut par exemple transmettre l’état de charge mesuré du stockeur d’énergie basse tension 5 et la température mesurée du stockeur d’énergie basse tension 5 au calculateur 7 eVCU.

Le calculateur 7 eVCU utilise alors une cartographie de tension caractéristique du stockeur d’énergie basse tension 5, basée notamment sur sa tension, en fonction de sa température et de son état de charge. Cette cartographie permet de définir quelle pré-consigne de tension il faut appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension 5 en fonction du couple température et état de charge mesurés du stockeur d’énergie électrique basse tension 5. Le calculateur 7 eVCU peut également utiliser une cartographie de variation de tension qui dépend de la température et du niveau de charge cible à atteindre au niveau du stockeur d’énergie basse tension 5. Cette cartographie permet de charger (valeur positive) ou de décharger (valeur négative) le stockeur d’énergie basse tension 5.

Dans une mise en œuvre non limitative, la pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension 5 est en outre fonction d’une information sur la certitude de l’état de charge mesuré de sorte que si l’état de charge mesuré est incertain, la pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension 5 est exclusivement fonction de la température mesurée.

En d’autres termes, si l’état de charge mesuré du stockeur d’énergie basse tension 5 est incertain, on ne tient pas compte de ce paramètre pour déterminer la pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension 5.

L’incertitude de l’état de charge du stockeur d’énergie basse tension 5 peut par exemple dépendre de la température environnante.

Cette incertitude peut par exemple être transmise par le calculateur 6 BECB au calculateur 7 eVCU.

Pour déterminer la pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension 5, le calculateur 7 eVCU peut se référer à une cartographie de tension caractéristique du stockeur d’énergie basse tension 5 basée uniquement sur la température.

Dans une mise en œuvre non limitative différente, si l’état de charge mesuré du stockeur d’énergie basse tension 5 est incertain, l’étape de recharger 103 est effectuée même si le stockeur d’énergie basse tension 5 présente un niveau de charge au-delà du niveau de charge basse tension cible. Cette recharge est effectuée par précaution.

La sous-étape de déterminer 103b une consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension 5 peut comporter une deuxième sous-étape de sécuriser 103b2 la pré-consigne de tension de manière à protéger le réseau basse tension 3. Cette sous étape 103b permet de prendre en compte des contraintes de fonctionnement du stockeur d’énergie basse tension 5 de façon à ne pas l’endommager pendant sa recharge.

Cette sous-étape de déterminer 103b une consigne de tension peut être réalisée par le calculateur 7 eVCU.

Par exemple, la pré-consigne de tension sécurisée est égale à la pré-consigne de tension lorsque la pré-consigne de tension est comprise entre une tension minimale du stockeur d’énergie basse tension 5 et une tension maximale du stockeur d’énergie basse tension 5.

La pré-consigne de tension sécurisée est égale à la tension minimale du stockeur d’énergie basse tension 5 lorsque la pré-consigne de tension est inférieure à la tension minimale du stockeur d’énergie basse tension 5.

La pré-consigne de tension sécurisée est égale à la tension maximale du stockeur d’énergie basse tension lorsque la tension maximale du stockeur d’énergie basse tension est inférieure à la pré-consigne de tension.

Cette sous-étape 103b permet en outre de gérer la dynamique avec laquelle la tension appliquée aux bornes du stockeur d’énergie basse tension 5 peut varier, pour ne pas endommager par exemple les calculateurs qui sont maintenus actifs pendant la phase de recharge 103. Dans un exemple de limitation non limitatif, la pré-consigne de tension sécurisée peut être limitée par un gradient de tension maximal, par exemple 2V/s, et un gradient de tension minimal, par exemple -2V/s.

La sous-étape de déterminer 103b une consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension 5 peut comporter une troisième sous étape de déterminer 103b3 une correction à appliquer sur la pré-consigne de tension sécurisée. La correction est fonction d’une variation de tension mesurée dans le réseau basse tension 2. Cette étape 103b3 permet de déterminer une correction de tension à ajouter à la pré-consigne de tension sécurisée de façon à prendre en compte les chutes de tension dans le réseau basse tension 3 qui peuvent se produire. Cette correction permet de réduire l’erreur entre la tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension 5 et la tension réellement mesurée aux bornes de celui-ci.

La consigne de tension déterminée est ainsi fonction de la pré-consigne de tension sécurisée à laquelle on ajoute une correction. Cette correction est déterminée en permanence lors de la recharge du stockeur d’énergie basse tension 5 de manière à ajuster la tension appliquée à ses bornes.

Cette sous-étape de déterminer 103b3 une correction peut être réalisée par le calculateur 7 eVCU.

L’étape de recharger 103 comporte une sous-étape d’appliquer 103c, à partir du stockeur d’énergie haute tension 9, une tension égale à ladite consigne de tension aux bornes du stockeur d’énergie basse tension 5. A cette fin, la consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie électrique est transmise au convertisseur de courant 10.

Il est à noter que l’homme du métier est en mesure d’apporter des modifications à l’invention, notamment sur le type de calculateur utilisé pour mettre en œuvre les étapes du procédé selon l’invention.

Claims

Procédé (100) de gestion d’un niveau de charge d’un stockeur d’énergie basse tension (5) implémenté dans un réseau basse tension (3) d’une architecture électrique (2) d’un véhicule (1), ladite architecture électrique (2) comportant en outre au moins un calculateur (6, 7, 8) et un réseau haute tension (4) comportant un stockeur d’énergie haute tension (9), ledit procédé (100) étant caractérisé en ce qu’en fin de roulage, il comporte les étapes, exécutées par ledit au moins un calculateur (6, 7, 8), de :
déterminer (101) un niveau de charge dudit stockeur d’énergie basse tension (5);

déterminer (102) un niveau de charge dudit stockeur d’énergie haute tension (9);

si ledit stockeur d’énergie basse tension (5) présente un niveau de charge en deçà d’un niveau de charge basse tension cible et que ledit stockeur d’énergie haute tension (9) présente un niveau de charge au-delà d’un niveau de charge haute tension minimal, recharger (103) ledit stockeur d’énergie basse tension (5) au moyen dudit stockeur d’énergie haute tension (9).
Procédé (100) selon la revendication précédente caractérisé en ce que l’étape de recharger (103) comporte les sous-étapes de :
piloter (103a) un maintien en état actif d’éléments de ladite architecture électrique (2);

déterminer (103b) une consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension (5) pour atteindre le niveau de charge basse tension cible ;

appliquer (103c), à partir du stockeur d’énergie haute tension (9), une tension égale à ladite consigne de tension aux bornes dudit stockeur d’énergie basse tension (5).
Procédé (100) selon la revendication précédente caractérisé en ce que la sous étape de déterminer (103b) une consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension (5) comporte les sous-étapes de :
déterminer (103b1) une pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension (5);

sécuriser (103b2) ladite pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension (5) de manière à protéger le réseau basse tension (3) ;

déterminer (103b3) une correction à appliquer sur ladite pré-consigne de tension sécurisée, ladite correction étant fonction d’une variation de tension mesurée dans le réseau basse tension (3) ;

ladite consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension (5) étant fonction de ladite pré-consigne de tension sécurisée et de ladite correction.
Procédé (100) selon la revendication 3 caractérisé en ce que la pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension (5) est déterminée en fonction d’un état de charge mesuré dudit stockeur d’énergie basse tension (5) et d’une température mesurée dudit stockeur d’énergie basse tension (5).
Procédé (100) selon la revendication 4 caractérisé en ce que la pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension (5) est en outre fonction d’une information sur la certitude dudit état de charge mesuré de sorte que si ledit état de charge mesuré est incertain, ladite pré-consigne de tension à appliquer aux bornes du stockeur d’énergie basse tension (5) est exclusivement fonction de la température mesurée.
Procédé (100) selon la revendication 5 caractérisé en ce que lorsque l’état de charge mesuré est incertain, l’étape de recharger (103) est effectuée même si le stockeur d’énergie basse tension (5) présente un niveau de charge au-delà du niveau de charge basse tension cible.
Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisé en ce que la pré-consigne de tension sécurisée est égale à:
la pré-consigne de tension lorsque ladite pré-consigne de tension est comprise entre une tension minimale du stockeur d’énergie basse tension (5) et une tension maximale du stockeur d’énergie basse tension (5);

ladite tension minimale du stockeur d’énergie basse tension (5) lorsque ladite pré-consigne de tension est inférieure à ladite tension minimale du stockeur d’énergie basse tension (5);

ladite tension maximale du stockeur d’énergie basse tension (5) lorsque ladite tension maximale du stockeur d’énergie basse tension (5) est inférieure à ladite pré-consigne de tension.
Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’étape de recharger (103) le stockeur d’énergie basse tension (5) au moyen du stockeur d’énergie haute tension (9) présente une durée fixe prédéterminée.
Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l’étape de recharger (103) le stockeur d’énergie basse tension (5) au moyen du stockeur d’énergie haute tension (9) présente une durée variable, ledit stockeur d’énergie basse tension (5) étant rechargé tant que le niveau de charge du stockeur d’énergie basse tension (5) est deçà du niveau de charge basse tension cible et que le niveau de charge du stockeur d’énergie haute tension (9) est au-delà du niveau de charge haute tension minimal.
Véhicule (1) comportant un stockeur d’énergie basse tension (5), un stockeur d’énergie haute tension (9) et un convertisseur de tension (10) disposé entre ledit stockeur d’énergie basse tension (5) et ledit stockeur d’énergie haute tension (9), ledit véhicule (1) étant caractérisé en ce qu’il comporte au moins un calculateur (6, 7, 8) agencé pour mettre en œuvre le procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes.