WO2020182823A1 - Procede de compensation d'une batterie de traction hors de son etat nominal dans un reseau electrique d'un vehicule automobile - Google Patents

Procede de compensation d'une batterie de traction hors de son etat nominal dans un reseau electrique d'un vehicule automobile Download PDF

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network
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traction
electrical network
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Jérôme LACHAIZE
Damien Verdier
Yannis GUILLOT
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Vitesco Technologies GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a method for compensating a traction battery out of its nominal operating state in an electrical network of a motor vehicle.
  • FIG. 1 illustrates a hybrid motor vehicle comprising a traction battery 1.
  • the thick black lines illustrate the first traction network 3 while the thinner black lines illustrate the second on-board network 2.
  • the vehicle comprises an electric traction machine 4 for propelling the vehicle, an inverter 5 which can be interposed between the electric traction machine 4 and the traction battery 1 in the first traction network 3.
  • the first traction network 3 can power 9 auxiliary elements, such as air conditioning or heating system, air compressor, etc.
  • the first traction network 3 also includes a charger 10 for the traction battery 1 connecting to a charging station outside the motor vehicle.
  • a switch 15 connects the traction battery 1 to the first high voltage traction network 3.
  • the electric traction machine 4 requires a high voltage power supply while the second on-board network 2 requires a power supply.
  • the traction battery 1 therefore supplies the second on-board network 2 by first passing through a converter 6 from direct current to direct current of lower voltage or DC / DC converter.
  • the voltage of the traction battery 1 can be from 48 to 400 volts while the voltage of the second on-board network can be from 12 to 24 volts. This is not, however, limiting.
  • In the electrical network are connected equipment or consumer elements such as computers, including that of an electronic control unit 7, known by the acronym of "ECU" and which is on board the motor vehicle to command or control various control devices.
  • the electronic control unit 7 may contain, for example, a
  • vehicle supervisor managing in particular a battery management system to limit the voltage in the second on-board network 2.
  • the second on-board network 2 comprises multimedia equipment
  • a car radio such as a car radio, various electric actuators such as windshield wipers, window regulators, etc., lighting sources and a low-voltage battery or service battery 8, for example a 12-volt battery for the second on-board network 2 at this voltage.
  • various electric actuators such as windshield wipers, window regulators, etc.
  • lighting sources and a low-voltage battery or service battery 8, for example a 12-volt battery for the second on-board network 2 at this voltage.
  • a low-voltage battery or service battery 8 for example a 12-volt battery for the second on-board network 2 at this voltage.
  • Any electric or hybrid motor vehicle is equipped, on the one hand, with a battery management system which manages the traction battery and, on the other hand, with a vehicle supervisor who manages the control of the battery management system in the second on-board network.
  • the power supply to the second on-board network is via the first traction network.
  • the direct current converter is connected at the input to the first traction network and converts the high voltage current of the first traction network into a medium or low voltage current for the second on-board network.
  • FIG. 2 shows an electrical network in a hybrid or electric motor vehicle.
  • the electrical network includes a traction battery 1 supplying the first high-voltage traction network 3 equipped with an inverter 5 and an electric traction machine 4.
  • a management system 12 of the traction battery 1 comprises a preload branch 13a bypassing a positive branch 13b connecting the + pole (plus) of the traction battery 1 to the positive branch of the first traction network 3.
  • a negative branch 13c connects the - (minus) pole of traction battery 1 to the negative branch of the first traction network 3. All branches 13a to 13c of the traction battery management system 12 are provided with a switch 15 and the preload branch 13a comprises an electrical resistance 14.
  • the second on-board network 2 at low or medium voltage is connected via a converter 6 of direct current DC / DC to the traction battery 1 bypassing the inverter 5 and the electric machine 4 of the first traction network 3.
  • the second on-board network 2 at the output of the converter 6 is divided into a first branch 2a comprising a service battery 8 as well as a sensor 16 measuring the charge of the service battery 8 and a second branch 2b, in bypass of the first branch 2a, comprising one or more consuming elements 7a.
  • the inverter 5 and the converter 6 are controlled by an electronic control unit which may be part of the consumer elements 7a.
  • the traction network can be operated with the traction battery switches open.
  • the electrical machine is then placed in voltage control mode and becomes a current generator so as to regulate the voltage of the electrical network.
  • the outside temperature may be too high, for example above 60 ° C, or very low, for example below -20 ° C, which places the traction battery in inadequate conditions to ensure its operation. normal.
  • the surrounding temperature of the traction battery can however
  • a motor vehicle electrical network comprising, on the one hand, an electrical traction network integrating a traction battery and an electric machine and, on the other hand, a network electric on-board connected to the first traction network by a direct current converter, is, on the one hand, to implement means of protection of a traction battery operating out of its nominal state but not yet defective, in order to do not arrive at a scenario in which the traction battery is really out of service and, on the other hand, ensure the operation of the electrical network in this degraded mode as optimal as possible.
  • the present invention relates to a method for compensating a traction battery out of its nominal operating state without being defective in an electrical network of a motor vehicle, the electrical network comprising a first traction network high voltage and a second low or medium voltage on-board network in parallel with each other, the traction battery supplying, on the one hand, the first traction network equipped with an inverter and a machine electric traction for the vehicle and, on the other hand, the second on-board network connected by a direct current DC / DC converter to the traction battery, remarkable in that at least one operating parameter of the traction battery or temperature surrounding the traction battery is monitored and compared to a predetermined stability threshold as being representative of a traction battery at least temporarily out of its nominal state, and, when the comparison certifies that the traction battery is out of its nominal state, the traction battery is disconnected from the electrical network and the electrical machine is activated in voltage control operation for power supply from the electrical network, nominal operation of the DC / DC direct current converter of the second on-board network being suspended as soon as
  • the present invention proposes to detect on a traction battery still fulfilling its function that this traction battery does not work under normal conditions of
  • the traction battery can still at least partially fulfill its role of supplying electricity to the network, it is possible that the traction battery can provide the energy necessary to perform preliminary operations ensuring the control of the electric machine.
  • a prior operation is to ensure a range of voltage operation of the electric machine.
  • a defective traction battery would be unable to provide such preparation. It is even possible that the operation of the electric machine as a voltage-controlled generator is not possible with such a defective battery.
  • a battery out of nominal state without being defective which is the case provided for the implementation of the method according to the invention, is able to ensure a transition of a power supply from the traction battery into a power supply from the electric machine operating in generator mode under voltage control.
  • a temporary precharge of the electrical network is
  • the preload is stopped.
  • this precharge can be carried out advantageously by a precharge relay associated with a resistance in series and not by the power relay connecting the traction battery to the electrical network.
  • the capacity of the electrical network is limited. Any current draw generated in particular by the activation of the electrical machine may have the consequence of reducing the voltage of the electrical network and thus disturbing it.
  • the electric machine in voltage control supplies high voltage auxiliary elements. This ensures the supply
  • a precharge of capacitors present in the electrical network prior to the activation of the electrical machine in voltage control, it is performed a precharge of capacitors present in the electrical network. This ensures the voltage operating range of the electrical machine and the electrical network in general and prevents any voltage drop in the electrical network during the activation of the electrical machine under voltage control.
  • the activation of the electrical machine in voltage control is carried out when the voltage of the electrical network has reached a predetermined network voltage threshold value, the electrical machine supplying an electrical current with a setpoint voltage corresponding to an initial setpoint equal to the voltage of the electrical network.
  • the predetermined voltage threshold value is in particular a function of the minimum value of the voltage operating range of the electrical machine used in the electrical network.
  • the electrical machine can cause a current draw which can empty the preloaded capacities.
  • the fact that the preload is always active makes it possible to withstand the activation of the electrical machine and thus to avoid any voltage drop.
  • the setpoint voltage is gradually increased so as to reach a target voltage value of the electrical network, the precharging being interrupted when the target voltage of the electrical network is reached.
  • the value of the voltage of the electrical network is gradually increased in order to ensure the gradual start-up of electrical network equipment.
  • said at least one parameter is selected from the following parameters taken individually or in combination: a charge current limit of the traction battery less than a predetermined charge current threshold, a discharge current limit of the traction battery below a predetermined discharge current threshold, a charge of the traction battery below a predetermined charge threshold, a temperature
  • the environmental causes are only temporary and may not lead to a faulty traction battery, but the implementation of the method will protect the traction battery and guarantee a constant voltage in the electrical network. It is also possible to recharge the traction battery by any means whatsoever and therefore to restore it to a nominal state, if a lack of charge was the cause of its out-of-nominal state.
  • said at least one parameter is monitored during the activation of the operation of the electric machine in voltage control and, when a comparison of said at least one operating parameter with the predetermined stability threshold attests that the traction battery is returned to its nominal state, the activation of the electric machine in voltage control operation is stopped and the traction battery is reconnected to the electrical network.
  • the invention relates to an electrical network in a motor vehicle
  • the electrical network comprising a traction battery supplying a first high-voltage traction network equipped with an inverter and an electric traction machine and a second low or medium voltage on-board network connected by means of a direct current DC / DC converter to the traction battery bypassing the first network of traction, the electrical machine, the inverter and the converter being controlled by an electronic control unit, remarkable in that the electronic control unit comprises means for implementing such a method for compensating the traction battery, the electronic control unit comprising means for measuring or estimating at least one operating parameter of the traction battery or of the temperature surrounding the traction battery, means for memorizing an associated predetermined stability threshold said at least one parameter, means for comparing the predetermined stability threshold with said at least one measured or estimated parameter, means for activating, on the one hand, means for disconnecting the electric network of the traction battery and, on the other hand, a voltage control operation of the electric machine for supplying the electric network.
  • the electronic control unit comprises means for suspending the operation of the direct current DC / DC converter of the second on-board network as long as the operation of the electric machine in voltage control is effective.
  • Figure 1 is a schematic representation of a vehicle
  • FIG. 2 is a schematic representation of an electrical network in an electric motor vehicle having a traction battery supplying, on the one hand, a first high voltage network and, on the other hand, a second on-board network in the motor vehicle, the process of
  • FIG. 3 illustrates a flowchart of an embodiment of the compensation method for a traction battery out of its nominal state of
  • the present invention relates to a method for compensating a traction battery 1 out of its nominal operating state without being defective in an electrical network of a hybrid or electric motor vehicle.
  • Such an off-nominal state can also be caused by parameters external to the traction battery 1, such as for example a very hot or very cold temperature.
  • the electrical network comprises a first high voltage traction network 3 and a second low or medium voltage on-board network 2 extending in parallel with one of the 'other.
  • the traction battery 1 supplies, on the one hand, the first traction network 3 equipped with an inverter 5 and an electric traction machine 4 for the vehicle. On the other hand, the traction battery 1 supplies the second on-board network 2 connected by a direct current DC / DC converter 6 to the traction battery 1.
  • the reference 20 indicates a start of the process according to the invention.
  • Reference 21 illustrates a questioning of comparison of the operating or temperature parameter (s) with a respective stability threshold, to find out whether the traction battery 1 is in an off-nominal state or not.
  • the operating parameter for example an intensity or a voltage at the output of the traction battery 1
  • the respective stability threshold for example an intensity or a voltage at the output of the traction battery 1
  • a temporary precharging of the electrical network can be performed so that the electric machine 4 reaches at its terminals a voltage sufficient to allow it to ensure operation in voltage control, this precharging being provided by the traction battery 1, of preferably connected to the electrical network by a precharge relay or by the direct current DC / DC converter 6 then temporarily placed in precharging mode after its suspension of operation in nominal mode.
  • the suspension of the converter 6 in its nominal operating mode allows it, if necessary, to switch to preload mode.
  • the preload is temporary because it is stopped as soon as the electrical machine
  • Step 25 is a step of opening one of the switches 15 of the traction battery 1, this after the insertion of the step of suspending the operation of the converter 24 of the onboard network 2 between the questioning of comparison 21 and step 25 of opening one of the switches 15 of traction battery 1.
  • the operating or temperature parameter (s) can be any operating or temperature parameter (s).
  • a charge current limit of the traction battery 1 lower than a predetermined charging current threshold a discharge current limit of the traction battery 1 below a predetermined threshold discharge current, a charge of traction battery 1 below a charge threshold
  • the parameter (s) can be followed during the activation of the
  • a subsequent comparison of the operating parameter (s) with its or their respective predetermined stability threshold can take place and can certify that the traction battery 1 has returned to its nominal state, for example when the battery is warmed up. traction 1 by very cold temperature or when cooling the traction battery 1 by high temperature or when recharging the traction battery 1 by any means.
  • the activation of the electric machine 4 in voltage control operation can be stopped and the traction battery 1 can be reconnected to the electrical network.
  • the electric machine 4 in operation in voltage control can be any electric machine 4 in operation in voltage control.
  • auxiliary elements such as for example an air conditioner.
  • the traction battery 1 Prior to the activation of the electric machine 4 in voltage control, it is possible to precharge the capacitors present in the electrical network. In this case, if the traction battery 1 is out of nominal but still far from being defective, the traction battery 1 can be used to pre-charge it before it is disconnected from the electrical network, in particular the first traction network 3.
  • the activation of the electric machine 4 in voltage control can take place when the voltage of the electric network has reached a predetermined network voltage threshold value, in particular for the first traction network 3.
  • the electric machine 4 can then supply an electric current with a
  • setpoint voltage corresponding to an initial setpoint equal to the voltage of the electrical network.
  • This setpoint voltage can be gradually increased so as to reach a target voltage value of the electrical network, the rise in voltage being interrupted when the target voltage of the electrical network is reached.
  • the invention also relates to an electrical network in a hybrid or electric motor vehicle.
  • the electrical network comprises a traction battery 1 supplying a
  • the electrical network includes a second low or medium voltage on-board network 2 connected via a direct current DC / DC converter 6 to the traction battery 1 bypassing the first traction network 3.
  • the unit electronic control 7 comprises means for implementing a method for compensating the traction battery 1 as described
  • the electronic control unit 7 comprises means for measuring or estimating at least one operating parameter of the traction battery 1 or of the temperature surrounding the traction battery 1 and means storing a predetermined stability threshold associated with said at least one parameter.
  • the electronic control unit 7 also includes means for controlling

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Abstract

L'invention concerne un procédé de compensation d'une batterie de traction (1) hors de son état nominal de fonctionnement sans être défectueuse dans un réseau électrique d'un véhicule automobile comprenant un premier réseau de traction (3) à haute tension et un deuxième réseau de bord (2) à basse ou moyenne tension en parallèle l'un de l'autre, la batterie (1) alimentant le premier réseau (3) équipé d'un onduleur (5) et d'une machine électrique (4) et le deuxième réseau raccordé par un convertisseur (6) de courant continu DC/DC à la batterie de traction (1). Une batterie de traction (1) hors d'état nominal, est déconnectée et la machine électrique (4) est activée en contrôle en tension. Un fonctionnement nominal du convertisseur (6) est suspendu dès que la comparaison atteste que la batterie de traction (1) est hors de son état nominal.

Description

Description
Titre de l'invention : PROCÉDÉ DE COMPENSATION D’UNE BATTERIE DE TRACTION HORS DE SON ÉTAT NOMINAL DANS UN RÉSEAU ÉLECTRIQUE
D’UN VÉHICULE AUTOMOBILE
Domaine technique de l'invention
[0001 ] La présente invention concerne un procédé de compensation d’une batterie de traction hors de son état nominal de fonctionnement dans un réseau électrique d’un véhicule automobile.
Technique antérieure
[0002] La figure 1 illustre un véhicule automobile hybride comprenant une batterie de traction 1. Les traits noirs épais illustrent le premier réseau de traction 3 tandis que les traits noirs moins épais illustrent le deuxième réseau de bord 2.
[0003] Le véhicule comporte une machine électrique de traction 4 pour la propulsion du véhicule, un onduleur 5 pouvant être intercalé entre la machine électrique de traction 4 et la batterie de traction 1 dans le premier réseau de traction 3. Le premier réseau de traction 3 peut alimenter des éléments auxiliaires 9, comme un système de climatisation ou de chauffage, un compresseur d’air, etc.
[0004] Le premier réseau de traction 3 comprend aussi un chargeur 10 de la batterie de traction 1 se branchant à une borne de recharge extérieure au véhicule automobile. Un réseau de terrain 11 local de commande, aussi connu sous l’acronyme anglo-saxon de « CAN » raccorde à un même câble plusieurs calculateurs communiquant entre eux. Un interrupteur 15 relie la batterie de traction 1 au premier réseau de traction 3 haute tension.
[0005] La machine électrique de traction 4 nécessite une alimentation haute tension tandis que le deuxième réseau de bord 2 nécessite une alimentation
généralement basse ou moyenne tension. La batterie de traction 1 alimente donc le deuxième réseau de bord 2 en passant d’abord par un convertisseur 6 de courant continu en courant continu de plus faible voltage ou convertisseur DC/DC. En effet, le voltage de la batterie de traction 1 peut être de 48 à 400 Volts tandis que le voltage du deuxième réseau de bord peut être de 12 à 24 Volts. Ceci n’est cependant pas limitatif. [0006] Dans le réseau électrique, sont connectés des équipements ou éléments consommateurs tels que des calculateurs, dont celui d’une unité électronique de commande 7, connue sous l’acronyme anglo-saxon de « ECU » et qui est embarquée à bord du véhicule automobile pour commander ou contrôler divers organes de commande.
[0007] L’unité électronique de commande 7 peut contenir, par exemple, un
superviseur du véhicule gérant notamment un système de gestion de la batterie pour limiter la tension dans le deuxième réseau de bord 2.
[0008] Le deuxième réseau de bord 2 comprend des équipements multimédia
comme un autoradio, divers actionneurs électriques comme ceux des essuies glaces, des lève-vitres, etc., des sources d'éclairage et une batterie basse tension ou batterie de servitude 8, par exemple une batterie 12 Volts pour le deuxième réseau de bord 2 à ce voltage.
[0009] Tout véhicule automobile électrique ou hybride est équipé, d’une part, d’un système de gestion de la batterie qui gère la batterie de traction et, d’autre part, d’un superviseur du véhicule qui gère le contrôle du système de gestion de la batterie dans le deuxième réseau de bord.
[0010] Dans un véhicule hybride, l’alimentation électrique du deuxième réseau de bord se fait par l’intermédiaire du premier réseau de traction. Le convertisseur de courant continu est connecté en entrée au premier réseau de traction et convertit le courant haute tension du premier réseau de traction en un courant moyenne ou basse tension pour le deuxième réseau de bord.
[0011 ] La figure 2 montre un réseau électrique dans un véhicule automobile hybride ou électrique. Le réseau électrique comprend une batterie de traction 1 alimentant le premier réseau de traction 3 à haute tension équipé d’un onduleur 5 et d’une machine électrique 4 de traction.
[0012] Un système de gestion 12 de la batterie de traction 1 comprend une branche de précharge 13a en dérivation d’une branche positive 13b reliant le pôle + (plus) de la batterie de traction 1 à la branche positive du premier réseau de traction 3. Une branche négative 13c relie le pôle - (moins) de la batterie de traction 1 à la branche négative du premier réseau de traction 3. [0013] Toutes les branches 13a à 13c du système de gestion 12 de la batterie de traction sont munies d’un interrupteur 15 et la branche de précharge 13a comprend une résistance électrique 14.
[0014] Le deuxième réseau de bord 2 à basse ou moyenne tension est raccordé par l’intermédiaire d’un convertisseur 6 de courant continu DC/DC à la batterie de traction 1 en dérivation de l’onduleur 5 et de la machine électrique 4 du premier réseau de traction 3.
[0015] Le deuxième réseau de bord 2 en sortie du convertisseur 6 se divise en une première branche 2a comprenant une batterie de servitude 8 ainsi qu’un capteur 16 mesurant la charge de la batterie de servitude 8 et une deuxième branche 2b, en dérivation de la première branche 2a, comprenant un ou des éléments consommateurs 7a. L’onduleur 5 et le convertisseur 6 sont pilotés par une unité électronique de commande pouvant faire partie des éléments consommateurs 7a.
[0016] Il est connu, notamment du document EP-B-2 477 839 que, lors d’une
défaillance de la batterie de traction, le réseau de traction puisse être opéré avec les interrupteurs de la batterie de traction ouverts. La machine électrique est alors placée en mode contrôle de tension et devient un générateur de courant de façon à réguler la tension du réseau électrique.
[0017] Par contre, il n’a jamais été proposé de solution au problème d’une batterie hors de son état nominal mais remplissant néanmoins au moins partiellement son rôle de batterie de traction.
[0018] Plusieurs causes d’un tel état hors nominal peuvent provoquer cette situation.
Par exemple, la température extérieure peut être trop élevée, au-dessus par exemple de 60 °C, ou très faible, en dessous par exemple de -20 °C, ce qui place la batterie de traction dans des conditions inadéquates pour assurer son fonctionnement normal.
[0019] La température environnante de la batterie de traction peut cependant
revenir, notamment en sortant d’une plage de température trop basse, dans une plage de température assurant le fonctionnement normal ou nominal de la batterie de traction. [0020] D’autres possibilités d’apparition d’un état non nominal de la batterie de traction peuvent être reconnues pour des limites de courant de charge ou de décharge trop faibles ou des tensions de batterie hors de la plage usuelle de fonctionnement.
[0021 ] Sans traitement curatif, il est alors à craindre que la batterie de traction ne devienne à plus ou moins long terme défectueuse, ce que justement la présente invention cherche à éviter ou au moins à retarder.
[0022] Le problème à la base de la présente invention, pour un réseau électrique de véhicule automobile comprenant, d’une part, un réseau électrique de traction intégrant une batterie de traction et une machine électrique et, d’autre part, un réseau électrique de bord raccordé au premier réseau de traction par un convertisseur de courant continu, est, d’une part, de mettre en oeuvre des moyens de protection d’une batterie de traction fonctionnant hors de son état nominal mais non encore défectueuse, afin de ne pas arriver à un cas de figure dans lequel la batterie de traction est réellement hors service et, d’autre part, d’assurer un fonctionnement du réseau électrique dans ce mode dégradé le plus optimal possible.
Résumé de l'invention
[0023] A cet effet, la présente invention concerne un procédé de compensation d’une batterie de traction hors de son état nominal de fonctionnement sans être défectueuse dans un réseau électrique d’un véhicule automobile, le réseau électrique comprenant un premier réseau de traction à haute tension et un deuxième réseau de bord à basse ou moyenne tension en parallèle l’un de l’autre, la batterie de traction alimentant, d’une part, le premier réseau de traction équipé d’un onduleur et d’une machine électrique de traction pour le véhicule et, d’autre part, le deuxième réseau de bord raccordé par un convertisseur de courant continu DC/DC à la batterie de traction, remarquable en ce qu’au moins un paramètre de fonctionnement de la batterie de traction ou de température environnante à la batterie de traction est suivi et comparé à un seuil de stabilité prédéterminé comme étant représentatif d’une batterie de traction au moins temporairement hors de son état nominal, et, quand la comparaison atteste que la batterie de traction est hors de son état nominal, la batterie de traction est déconnectée du réseau électrique et il est effectué une activation de la machine électrique dans un fonctionnement en contrôle en tension pour une alimentation du réseau électrique, un fonctionnement nominal du convertisseur de courant continu DC/DC du deuxième réseau de bord étant suspendu dès que la comparaison atteste que la batterie de traction est hors de son état nominal.
[0024] L’effet technique est d’anticiper un défaut à venir dans une batterie de traction la rendant hors service. Selon l’état de la technique le plus proche décrit dans EP-B-2 477 839, quand une batterie de traction est détectée défectueuse et hors service dans le réseau électrique, cette batterie est déconnectée
automatiquement du réseau électrique et la machine électrique est mise en fonctionnement en contrôle en tension pour une alimentation du réseau électrique.
[0025] Contrairement à cet état de la technique, la présente invention propose de détecter sur une batterie de traction remplissant encore sa fonction que cette batterie de traction ne travaille pas dans des conditions normales de
fonctionnement. Ceci peut conduire à plus ou moins long terme à un état de batterie de traction défectueuse ou peut être seulement temporaire en étant dû par exemple à des conditions de température trop élevées ou au contraire trop faibles.
[0026] Pour éviter d’arriver à un état hors service de la batterie de traction, il est proposé de déconnecter la batterie de traction, alors hors de son état nominal mais non défectueuse, du réseau électrique. Comme la batterie de traction peut encore assurer au moins partiellement son rôle d’alimentation électrique du réseau, il est possible que la batterie de traction puisse fournir de l’énergie nécessaire pour effectuer des opérations préalables assurant la mise en contrôle de la machine électrique.
[0027] Une opération préalable est de garantir une gamme d’opération en tension de la machine électrique. Une batterie de traction défectueuse serait dans l’incapacité d’assurer une telle préparation. Il est même possible que le fonctionnement de la machine électrique en tant que génératrice en contrôle en tension ne soit pas possible avec une telle batterie défectueuse. [0028] Par contre, une batterie hors d’état nominal sans être défectueuse, ce qui est le cas de figure prévu pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention, est apte à assurer une transition d’une alimentation à partir de la batterie de traction en une alimentation à partir de la machine électrique fonctionnant en mode générateur en contrôle en tension.
[0029] Avantageusement, une précharge temporaire du réseau électrique est
effectuée afin que la machine électrique atteigne à ses bornes une tension suffisante pour lui permettre d’assurer un fonctionnement en contrôle en tension, cette précharge étant assurée par la batterie de traction ou par le convertisseur de courant continu DC/DC alors mis temporairement en mode précharge après sa suspension de fonctionnement en mode nominal.
[0030] Après une précharge suffisante pour que la tension aux bornes de la machine électrique soit suffisante permettre à la machine électrique d’assurer un contrôle en tension, la précharge est arrêtée. Dans le cas où la batterie de traction assure la précharge, cette précharge peut s’effectuer avantageusement par un relais de précharge associé à une résistance en série et non pas par le relais de puissance connectant la batterie de traction au réseau électrique.
[0031 ] Le maintien opérationnel du convertisseur de courant continu pourrait
entraîner des perturbations dans le réseau électrique. En effet, des transitoires de puissance sur le réseau de bord peuvent se répercuter sur le réseau de traction.
[0032] Ces transitoires de puissance sont problématiques lorsqu’un contrôle fin des courants entrant et sortant de la batterie de traction est demandé dans le réseau de traction notamment en mode dégradé ou par grand froid et lorsqu’il est demandé de ne pas avoir de sauts de couples à l’entrée de la machine électrique.
[0033] Dans la configuration d’un contrôle en tension de la machine électrique avec la batterie de traction déconnectée, la capacité du réseau électrique est limitée. Tout appel de courant engendré notamment par l’activation de la machine électrique peut avoir comme conséquence de faire chuter la tension du réseau électrique et ainsi de le perturber. [0034] Avantageusement, la machine électrique en contrôle en tension alimente des éléments auxiliaires haute tension. Ceci permet d’assurer l’alimentation
électrique d’éléments nécessaires pour le fonctionnement du véhicule
automobile, par exemple l’alimentation électrique de calculateurs notamment de l’unité électronique de commande.
[0035] Avantageusement, préalablement à l’activation de la machine électrique en contrôle en tension, il est effectué une précharge de capacités présentes dans le réseau électrique. Cela permet de garantir la gamme d’opération en tension de la machine électrique et du réseau électrique en général et d’éviter toute chute de tension dans le réseau électrique pendant l’activation de la machine électrique en contrôle en tension.
[0036] Avantageusement, l’activation de la machine électrique en contrôle en tension s’effectue lorsque la tension du réseau électrique a atteint une valeur seuil de tension de réseau prédéterminée, la machine électrique fournissant un courant électrique avec une tension de consigne correspondant à une valeur de consigne initiale égale à la tension du réseau électrique.
[0037] La valeur seuil de tension prédéterminée est notamment fonction de la valeur minimale de la gamme d’opération en tension de la machine électrique utilisée dans le réseau électrique.
[0038] Ceci permet l’activation de la machine électrique de façon sûre tout en évitant les chutes de tension du réseau électrique qui peuvent survenir lors de
l’activation de la machine électrique.
[0039] En effet, lors de son activation, la machine électrique peut provoquer un appel de courant qui peut vider les capacités préchargées. Le fait que la précharge soit toujours active permet de supporter l’activation de la machine électrique et ainsi d’éviter toute chute de tension.
[0040] Avantageusement, la tension de consigne est augmentée graduellement de façon à atteindre une valeur de tension cible du réseau électrique, la précharge étant interrompue quand la tension cible du réseau électrique est atteinte.
[0041 ] Ceci permet de s’assurer que la machine électrique fonctionne effectivement en contrôle en tension. La valeur de la tension du réseau électrique est progressivement augmentée afin de garantir la mise en marche progressive des équipements du réseau électrique.
[0042] Avantageusement, ledit au moins un paramètre est sélectionné parmi les paramètres suivants pris unitairement ou en combinaison : une limite de courant de charge de la batterie de traction inférieure à un seuil prédéterminé de courant de charge, une limite de courant de décharge de la batterie de traction inférieure à un seuil prédéterminé de courant de décharge, une charge de la batterie de traction inférieure à un seuil de charge prédéterminé, une température
environnante à la batterie de traction supérieure à un seuil de température maximale de plus de 50 °C et une température environnante à la batterie de traction inférieure à un seuil de température minimale inférieure à -10 °C.
[0043] Les causes environnementales sont seulement temporaires et peuvent ne pas conduire à une batterie de traction défectueuse mais la mise en oeuvre du procédé permettra de protéger la batterie de traction et de garantir une tension constante dans le réseau électrique. Il est aussi possible de recharger la batterie de traction par un moyen quelconque et donc de lui faire récupérer un état nominal, si un manque de charge était la cause de son état hors nominal.
[0044] Avantageusement, ledit au moins un paramètre est suivi pendant l’activation du fonctionnement de la machine électrique en contrôle en tension et, quand une comparaison dudit au moins un paramètre de fonctionnement avec le seuil de stabilité prédéterminé atteste que la batterie de traction est retournée dans son état nominal, l’activation de la machine électrique dans un fonctionnement en contrôle en tension est arrêtée et la batterie de traction est reconnectée au réseau électrique.
[0045] Ceci permet un retour à l’état nominal et au fonctionnement par défaut du réseau électrique avec une alimentation électrique par la batterie de traction.
[0046] L’invention concerne un réseau électrique dans un véhicule automobile
hybride, le réseau électrique comprenant une batterie de traction alimentant un premier réseau de traction à haute tension équipé d’un onduleur et d’une machine électrique de traction et un deuxième réseau de bord à basse ou moyenne tension raccordé par l’intermédiaire d’un convertisseur de courant continu DC/DC à la batterie de traction en dérivation du premier réseau de traction, la machine électrique, l’onduleur et le convertisseur étant pilotés par une unité électronique de commande, remarquable en ce que l’unité électronique de commande comprend des moyens d’implémentation d’un tel procédé de compensation de la batterie de traction, l’unité électronique de commande comprenant des moyens de mesure ou d’estimation d’au moins un paramètre de fonctionnement de la batterie de traction ou de température environnante à la batterie de traction, des moyens de mémorisation d’un seuil de stabilité prédéterminé associé audit au moins un paramètre, des moyens de comparaison du seuil de stabilité prédéterminé avec ledit au moins un paramètre mesuré ou estimé, des moyens d’activation, d’une part, de moyens de déconnexion du réseau électrique de la batterie de traction et, d’autre part, d’un fonctionnement en contrôle en tension de la machine électrique pour une alimentation du réseau électrique.
[0047] Avantageusement, l’unité électronique de commande comprend des moyens de suspension du fonctionnement du convertisseur de courant continu DC/DC du deuxième réseau de bord tant que le fonctionnement de la machine électrique en contrôle en tension est effectif.
[0048] D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention
apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
Brève description des figures
Fig. 1
[0049] [Fig. 1 ] la figure 1 est une représentation schématique d’un véhicule
automobile électrique présentant une batterie de traction alimentant, d’une part, un premier réseau haute tension et, d’autre part, un deuxième réseau de bord dans le véhicule automobile, le procédé de compensation d’une batterie de traction hors de son état nominal de fonctionnement sans être défectueuse dans un réseau électrique selon la présente invention pouvant être mis en œuvre dans un tel véhicule automobile, Fig. 2 [0050] [Fig. 2] la figure 2 est une représentation schématique d’un réseau électrique dans un véhicule automobile électrique présentant une batterie de traction alimentant, d’une part, un premier réseau haute tension et, d’autre part, un deuxième réseau de bord dans le véhicule automobile, le procédé de
compensation d’une batterie de traction hors de son état nominal de
fonctionnement sans être défectueuse dans un réseau électrique d’un véhicule automobile hybride ou électrique pouvant être mis en oeuvre dans un tel réseau électrique,
Fig. 3
[0051 ] [Fig. 3] la figure 3 illustre un logigramme d’un mode de réalisation du procédé de compensation d’une batterie de traction hors de son état nominal de
fonctionnement sans être défectueuse dans un réseau électrique d’un véhicule automobile hybride ou électrique.
Description détaillée de l'invention
[0052] En se référant à toutes les figures, la présente invention concerne un procédé de compensation d’une batterie de traction 1 hors de son état nominal de fonctionnement sans être défectueuse dans un réseau électrique d’un véhicule automobile hybride ou électrique.
[0053] Flors de son état nominal signifie qu’au moins un des paramètres de
fonctionnement de la batterie de traction 1 est hors de sa plage de
fonctionnement usuelle, par exemple un courant de charge ou un courant de décharge trop faible. Un tel état hors nominal peut aussi être provoqué par des paramètres externes à la batterie de traction 1 , comme par exemple une température très chaude ou très froide.
[0054] De manière classique en se reportant aux figures 1 et 2, le réseau électrique comprend un premier réseau de traction 3 à haute tension et un deuxième réseau de bord 2 à basse ou moyenne tension s’étendant en parallèle l’un de l’autre.
[0055] La batterie de traction 1 alimente, d’une part, le premier réseau de traction 3 équipé d’un onduleur 5 et d’une machine électrique 4 de traction pour le véhicule. D’autre part, la batterie de traction 1 alimente le deuxième réseau de bord 2 raccordé par un convertisseur 6 de courant continu DC/DC à la batterie de traction 1.
[0056] Selon l’invention, au moins un paramètre de fonctionnement de la batterie de traction 1 ou au moins un paramètre de conditions extérieures environnantes à la batterie de traction 1 , comme notamment une température, est suivi et comparé à un seuil de stabilité prédéterminé comme étant représentatif d’une batterie de traction 1 au moins temporairement hors de son état nominal.
[0057] En se référant à la figure 3 et aux figures 1 et 2 pour les références
manquantes à cette figure 3, la référence 20 indique un début du procédé selon l’invention. La référence 21 illustre un questionnement de comparaison du ou des paramètres de fonctionnement ou de température avec un seuil de stabilité respectif, pour savoir si la batterie de traction 1 est dans un état hors nominal ou non.
[0058] En général, quand la batterie de traction 1 est hors état nominal, le paramètre de fonctionnement, par exemple une intensité ou une tension en sortie de la batterie de traction 1 , est inférieure au seuil de stabilité respectif mais ceci n’est pas obligatoire. Des exemples de paramètres de fonctionnement et de
température seront ultérieurement détaillés.
[0059] En se référant toujours à la figure 3 et aux figures 1 et 2 pour les références manquantes à cette figure 3, après le questionnement de comparaison 21 du ou des paramètres de fonctionnement ou de température avec un seuil de stabilité respectif pour savoir si la batterie de traction 1 est dans un état hors nominal ou non, quand la comparaison atteste que la batterie de traction 1 est dans son état nominal, ce qui est illustré par la sortie N du questionnement de comparaison 21 , la batterie de traction 1 reste connectée au réseau électrique en étant en fonctionnement nominal, ce qui est illustré par l’étape 23. Le procédé se termine alors à l’étape finale 28.
[0060] Quand la comparaison après le questionnement de comparaison 21 atteste que la batterie de traction 1 est hors de son état nominal, ce qui est illustré par la sortie O du questionnement de comparaison 21 , la batterie de traction 1 est déconnectée du réseau électrique par une déconnexion de la batterie de traction 1 du premier réseau de traction 3. [0061 ] Selon l’invention, un fonctionnement nominal du convertisseur 6 de courant continu DC/DC du deuxième réseau de bord 2 est suspendu dès que la comparaison faite au questionnement de comparaison 21 atteste d’une batterie de traction 1 hors de son état nominal. Ceci est effectué à l’étape de suspension du fonctionnement du convertisseur 22.
[0062] Il est alors procédé à un questionnement sur la suspension du
convertisseur 24, à savoir si le fonctionnement du convertisseur 6 est
effectivement suspendu ou non.
[0063] Si la réponse est non, ce qui est illustré par la sortie N du questionnement sur la suspension du convertisseur 24, il est retourné en début du questionnement sur la suspension du convertisseur 24.
[0064] Si la réponse est oui, ce qui est illustré par la sortie O du questionnement sur la suspension du convertisseur 24, il est ensuite effectué une ouverture de l’interrupteur ou des interrupteurs 15 en sortie de la batterie de traction 1 , ce qui est illustré par l’étape 25 d’ouverture d’un des interrupteurs 15 de la batterie de traction 1 précédemment mentionnée.
[0065] Une précharge temporaire du réseau électrique peut être effectuée afin que la machine électrique 4 atteigne à ses bornes une tension suffisante pour lui permettre d’assurer un fonctionnement en contrôle en tension, cette précharge étant assurée par la batterie de traction 1 , de préférence connectée au réseau électrique par un relais de précharge ou par le convertisseur 6 de courant continu DC/DC alors mis temporairement en mode précharge après sa suspension de fonctionnement en mode nominal.
[0066] La suspension du convertisseur 6 dans son mode de fonctionnement nominal lui permet, le cas échéant, de passer en mode précharge.
[0067] La précharge est temporaire car arrêtée dès que la machine électrique
présente une tension à ses bornes suffisante pour son fonctionnement en contrôle en tension.
[0068] L’étape 25 est une étape d’ouverture d’un des interrupteurs 15 de la batterie de traction 1 , ceci après l’insertion de l’étape de suspension du fonctionnement du convertisseur 24 du réseau de bord 2 entre le questionnement de comparaison 21 et l’étape 25 d’ouverture d’un des interrupteurs 15 de la batterie de traction 1.
[0069] Le ou les paramètres de fonctionnement ou de température peuvent être
sélectionnés parmi les paramètres suivants pris unitairement ou en combinaison : une limite de courant de charge de la batterie de traction 1 inférieure à un seuil prédéterminé de courant de charge, une limite de courant de décharge de la batterie de traction 1 inférieure à un seuil prédéterminé de courant de décharge, une charge de la batterie de traction 1 inférieure à un seuil de charge
prédéterminé, une température environnante à la batterie de traction 1
supérieure à un seuil de température maximale de plus de 50 °C et une température environnante à la batterie de traction 1 inférieure à un seuil de température minimale inférieure à -10 °C.
[0070] Le ou les paramètres peuvent être suivis pendant l’activation du
fonctionnement de la machine électrique 4 en contrôle en tension. Il peut être procédé régulièrement à des comparaisons du ou des paramètres avec leur seuil de stabilité respectif.
[0071 ] Une comparaison ultérieure du ou des paramètres de fonctionnement avec son ou leur seuil de stabilité prédéterminé respectif peut avoir lieu et peut attester que la batterie de traction 1 est retournée dans son état nominal, par exemple lors d’un réchauffement de la batterie de traction 1 par température très froide ou lors d’un refroidissement de la batterie de traction 1 par température élevée ou lors d’une recharge de la batterie de traction 1 par un moyen quelconque.
[0072] Dans ce cas, l’activation de la machine électrique 4 dans un fonctionnement en contrôle en tension peut être arrêtée et la batterie de traction 1 peut être reconnectée au réseau électrique.
[0073] Il peut être procédé ensuite à un questionnement de déconnexion 26, à savoir si l’interrupteur ou les interrupteurs 15 associés à la batterie de traction 1 ont bien été ouverts.
[0074] Si la réponse est non, ce qui est illustré par la sortie N du questionnement de déconnexion 26, il est retourné en début du questionnement de déconnexion 26.
[0075] Si la réponse est oui, ce qui est illustré par la sortie O du questionnement de déconnexion 26, il est ensuite effectué une activation de la machine électrique 4 dans un fonctionnement en contrôle en tension lors de l’étape 27 pour une alimentation du réseau électrique. La référence 28 montre la fin du procédé.
[0076] La machine électrique 4 en fonctionnement en contrôle en tension peut
alimenter des éléments auxiliaires haute tension et/ou basse tension ou basse tension, comme par exemple un climatiseur.
[0077] Préalablement à l’activation de la machine électrique 4 en contrôle en tension, il peut être effectué une précharge de capacités présentes dans le réseau électrique. Dans ce cas, si la batterie de traction 1 est hors du nominal mais encore loin d’être défectueuse, la batterie de traction 1 peut être utilisée pour effectuer les précharges avant sa déconnexion du réseau électrique, notamment le premier réseau de traction 3.
[0078] Dans ce cas optionnel, l’activation de la machine électrique 4 en contrôle en tension peut s’effectuer lorsque la tension du réseau électrique a atteint une valeur seuil de tension de réseau prédéterminée, notamment pour le premier réseau de traction 3.
[0079] La machine électrique 4 peut fournir alors un courant électrique avec une
tension de consigne correspondant à une valeur de consigne initiale égale à la tension du réseau électrique.
[0080] Cette tension de consigne peut être augmentée graduellement de façon à atteindre une valeur de tension cible du réseau électrique, la montée en tension étant interrompue quand la tension cible du réseau électrique est atteinte.
[0081 ] En se référant principalement aux figures 1 et 2, l’invention concerne aussi un réseau électrique dans un véhicule automobile hybride ou électrique.
[0082] Le réseau électrique comprend une batterie de traction 1 alimentant un
premier réseau de traction 3 à haute tension équipé d’un onduleur 5 et d’une machine électrique 4 de traction. Le réseau électrique comprend un deuxième réseau de bord 2 à basse ou moyenne tension raccordé par l’intermédiaire d’un convertisseur 6 de courant continu DC/DC à la batterie de traction 1 en dérivation du premier réseau de traction 3.
[0083] Dans cette configuration, la machine électrique 4, l’onduleur 5 et le
convertisseur 6 sont pilotés par une unité électronique de commande 7. L’unité électronique de commande 7 comprend des moyens d’implémentation d’un procédé de compensation de la batterie de traction 1 tel que décrit
précédemment.
[0084] Pour ce faire, l’unité électronique de commande 7 comprend des moyens de mesure ou d’estimation d’au moins un paramètre de fonctionnement de la batterie de traction 1 ou de température environnante à la batterie de traction 1 et des moyens de mémorisation d’un seuil de stabilité prédéterminé associé audit au moins un paramètre.
[0085] L’unité électronique de commande 7 comprend aussi des moyens de
comparaison du seuil de stabilité prédéterminé avec le ou les paramètres mesurés ou estimés et des moyens d’activation, d’une part, de moyens de déconnexion du réseau électrique de la batterie de traction 1 et, d’autre part, d’un fonctionnement en contrôle en tension de la machine électrique 4 pour une alimentation du réseau électrique.

Claims

Revendications
[Revendication 1] procédé de compensation d’une batterie de traction (1 ) hors de son état nominal de fonctionnement sans être défectueuse dans un réseau électrique d’un véhicule automobile, le réseau électrique comprenant un premier réseau de traction (3) à haute tension et un deuxième réseau de bord (2) à basse ou moyenne tension en parallèle l’un de l’autre, la batterie de traction (1 ) alimentant, d’une part, le premier réseau de traction (3) équipé d’un onduleur (5) et d’une machine électrique (4) de traction pour le véhicule et, d’autre part, le deuxième réseau de bord (2) raccordé par un
convertisseur (6) de courant continu DC/DC à la batterie de traction (1 ), caractérisé en ce qu’au moins un paramètre de fonctionnement de la batterie de traction ou de température environnante à la batterie de traction (1 ) est suivi et comparé à un seuil de stabilité prédéterminé comme étant
représentatif d’une batterie de traction (1 ) au moins temporairement hors de son état nominal, et, quand la comparaison atteste que la batterie de traction (1 ) est hors de son état nominal, la batterie de traction (1 ) est déconnectée du réseau électrique et il est effectué une activation de la machine électrique (4) dans un fonctionnement en contrôle en tension pour une alimentation du réseau électrique, un fonctionnement nominal du convertisseur (6) de courant continu DC/DC du deuxième réseau de bord (2) étant suspendu dès que la comparaison atteste que la batterie de traction (1 ) est hors de son état nominal.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication précédente, dans lequel une précharge temporaire du réseau électrique est effectuée afin que la machine électrique (4) atteigne à ses bornes une tension suffisante pour lui permettre d’assurer un fonctionnement en contrôle en tension, cette précharge étant assurée par la batterie de traction (1 ) ou par le
convertisseur (6) de courant continu DC/DC alors mis temporairement en mode précharge après sa suspension de fonctionnement en mode nominal.
[Revendication 3] Procédé selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel la machine électrique (4) en contrôle en tension alimente des éléments auxiliaires haute tension. [Revendication 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, préalablement à l’activation de la machine électrique
(4) en contrôle en tension, il est effectué une précharge de capacités présentes dans le réseau électrique.
[Revendication 5] Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, l’activation de la machine électrique (4) en contrôle en tension s’effectue lorsque la tension du réseau électrique a atteint une valeur seuil de tension de réseau prédéterminée, la machine électrique (4) fournissant un courant électrique avec une tension de consigne correspondant à une valeur de consigne initiale égale à la tension du réseau électrique.
[Revendication 6] Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la tension de consigne est augmentée graduellement de façon à atteindre une valeur de tension cible du réseau électrique, la précharge étant interrompue quand la tension cible du réseau électrique est atteinte.
[Revendication 7] Procédé selon l’une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel ledit au moins un paramètre est sélectionné parmi les paramètres suivants pris unitairement ou en combinaison : une limite de courant de charge de la batterie de traction (1 ) inférieure à un seuil prédéterminé de courant de charge, une limite de courant de décharge de la batterie de traction (1 ) inférieure à un seuil prédéterminé de courant de décharge, une charge de la batterie de traction (1 ) inférieure à un seuil de charge prédéterminé, une température environnante à la batterie de traction (1 ) supérieure à un seuil de température maximale de plus de 50 °C et une température environnante à la batterie de traction (1 ) inférieure à un seuil de température minimale inférieure à -10 °C.
[Revendication 8] Procédé selon l’une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel ledit au moins un paramètre est suivi pendant l’activation du fonctionnement de la machine électrique (4) en contrôle en tension et, quand, une comparaison dudit au moins un paramètre de fonctionnement avec le seuil de stabilité prédéterminé atteste que la batterie de traction (1 ) est retournée dans son état nominal, l’activation de la machine électrique (4) dans un fonctionnement en contrôle en tension est arrêtée et la batterie de traction (1 ) est reconnectée au réseau électrique.
[Revendication 9] Réseau électrique dans un véhicule automobile hybride, le réseau électrique comprenant une batterie de traction (1 ) alimentant un premier réseau de traction (3) à haute tension équipé d’un onduleur (5) et d’une machine électrique (4) de traction et un deuxième réseau de bord (2) à basse ou moyenne tension raccordé par l’intermédiaire d’un convertisseur (6) de courant continu DC/DC à la batterie de traction (1 ) en dérivation du premier réseau de traction (3), la machine électrique (4), l’onduleur (5) et le convertisseur (6) étant pilotés par une unité électronique de commande (7), caractérisé en ce que l’unité électronique de commande (7) comprend des moyens d’implémentation du procédé de compensation de la batterie de traction (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’unité électronique de commande (7) comprenant des moyens de mesure ou d’estimation d’au moins un paramètre de fonctionnement de la batterie de traction ou de température environnante à la batterie de traction (1 ), des moyens de mémorisation d’un seuil de stabilité prédéterminé associé audit au moins un paramètre, des moyens de comparaison du seuil de stabilité prédéterminé avec ledit au moins un paramètre mesuré ou estimé et des moyens d’activation, d’une part, de moyens de déconnexion (15) du réseau électrique de la batterie de traction (1 ) et, d’autre part, d’un fonctionnement en contrôle en tension de la machine électrique (4) pour une alimentation du réseau électrique.
[Revendication 10] Réseau électrique selon la revendication précédente, dans lequel l’unité électronique de commande (7) comprend des moyens de suspension du fonctionnement du convertisseur (6) de courant continu DC/DC du deuxième réseau de bord (2) tant que le fonctionnement de la machine électrique (4) en contrôle en tension est effectif.
PCT/EP2020/056374 2019-03-11 2020-03-10 Procede de compensation d'une batterie de traction hors de son etat nominal dans un reseau electrique d'un vehicule automobile WO2020182823A1 (fr)

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