FR2973298A1

FR2973298A1 - Procede de regulation thermique d'une batterie haute tension de traction d'un vehicule hybride

Info

Publication number: FR2973298A1
Application number: FR1152839A
Authority: FR
Inventors: Ludovic Lefebvre
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2012-10-05
Anticipated expiration: 2031-04-01
Also published as: FR2973298B1

Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de régulation thermique par fluide réfrigérant d'une batterie haute tension de traction d'un véhicule hybride, ladite batterie comprenant une pluralité de cellules, caractérisé en ce qu'il comporte : • une étape de détermination d'une phase de vie de ladite batterie parmi une pluralité de phases de vie ; • une étape de détermination d'un état thermique de ladite batterie parmi une pluralité d'états thermiques, en fonction de la température de ladite batterie ; et • une étape d'ajustement de la température de ladite batterie en fonction de ladite phase de vie et dudit état thermique déterminés, en fonction de gradients thermiques intra-cellules et inter-cellules, en fonction de la température d'environnement de la batterie et en fonction de son endommagement. La présente invention se rapporte également à un ensemble de batterie pour la mise en œuvre du procédé, et à un véhicule hybride comportant un tel ensemble de batterie.

Description

PROCEDE DE REGULATION THERMIQUE D'UNE BATTERIE HAUTE TENSION DE TRACTION D'UN VEHICULE HYBRIDE

Domaine de l'invention

La présente invention se rapporte au domaine de la construction automobile. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un procédé de 1 o régulation thermique d'une batterie haute tension de traction d'un véhicule hybride.

Etat de la technique

15 La pression économique (prix des carburants) et environnementale (réglementation des émissions polluantes et des gaz à effet de serre) guide la tendance actuelle vers le développement de véhicules à chaînes de traction électrique ou hybride (dans ce cas mettant en oeuvre deux types de motorisations, en série, en parallèle ou en dérivation de puissance : moteur 20 thermique à combustion interne et moteur électrique).

Les véhicules hybrides et électriques comprennent une batterie haute tension de traction, nécessaire pour faire se mouvoir le véhicule : pour un véhicule électrique, en fournissant au(x) moteur(s) électrique(s) la 25 seule source d'énergie embarquée à bord ; dans le cas d'un véhicule hybride, en dehors du moteur thermique afin d'inhiber toute émission polluante ou pour booster les performances du moteur par apport d'un surcroît de couple ou de puissance mécanique.

30 Une telle batterie s'échauffe en fonctionnement (effet Joule, thermochimie), en recharge, ... selon les conditions d'utilisation (appels de courant, ...). De par les niveaux de T° maximales requis par la batterie, celle-ci a ses propres besoins de thermo-management : en effet, la batterie ne peut supporter, pour sa durée de vie et sa sûreté de fonctionnement, une T° au-delà de 40°C à 45°C. Des stratégies de protection de la batterie sont communément mises en oeuvre par son électronique de contrôle et de commande (appelée par la suite calculateur batterie) afin de la protéger d'une élévation trop importante de sa température. Ainsi, à partir d'une température de par exemple 50°C, ses performances commencent à être réduites en fonction de la variation de sa température puis, si la batterie atteint une température aussi élevée que par exemple 60°C, ses contacteurs s'ouvrent et la batterie devient alors indisponible.

1 o Afin de refroidir la batterie dans des conditions optimales même dans les situations de vie extrêmes, son thermo-management met de plus en plus en oeuvre du fluide réfrigérant en direct via une dérivation du circuit de climatisation du véhicule. Ce mode de refroidissement est justifié par la sollicitation accrue de la batterie sur les véhicules full hybrides rechargeables, 15 dont on exige notamment : - une grande autonomie en ZEV (jusqu'à parfois 50 à 60km, voire 100km), en rupture par rapport aux véhicules dits mid ou full hybrides de première génération non rechargeables ; - des prestations dynamiques longitudinales permettant de faire face en 20 mode électrique à toutes les situations urbaines, voire périphériques et extra-urbaines (insertion dans la circulation, accélération, dépassement, ...) sans, dans le cas d'un véhicule hybride, avoir recours au moteur thermique pour maximiser le gain en consommation ; - la prestation d'un confort thermique (chauffage et réfrigération de 25 l'habitacle) équivalent à un véhicule conventionnel, en particulier en mode tout électrique, ce qui impose à la batterie de traction, en plus de faire se mouvoir le véhicule, d'alimenter des consommateurs électriques de type réchauffeur électrique de l'air extérieur entrant dans l'habitacle ou compresseur électrique du circuit de climatisation ; 30 - une durée de vie requise de la batterie de traction pouvant aller jusqu'à égaler celle du véhicule (10 à 15 ans et 200 à 300.000km), ce qui impose notamment de thermoréguler la batterie à une température la plus basse possible (dans sa plage optimale de fonctionnement) dans toutes les conditions d'utilisation.

La réfrigération permet des performances de refroidissement élevées de la batterie haute tension de traction, avec un bilan énergétique favorable grâce à un coefficient de performance prenant en général des valeurs de 1,8 à 3,5 pour la réfrigération usuelle par 25 à 40°C de T° extérieure, et qui peut s'élever à des valeurs de 5 à 8 par une T° ambiante clémente (5 à 20°C) pour des situations de vie usuelle où la batterie haute tension de traction nécessite d'être refroidie. Outre par son bilan énergétique favorable, ce mode de thermo-management peut également se justifier et être préféré à d'autres modes (refroidissement par air extérieur ou air habitacle, 1 o refroidissement par eau) pour notamment les raisons suivantes : - l'indépendance de ce système de thermo-management à la situation dans l'habitacle (air habitacle pollué par la fumée de cigarette ou la poussière, vitres ouvertes, réglages du groupe de climatisation par l'utilisateur du véhicule pas toujours favorables à la thermique de la 15 batterie, ...) ; - son isolation de l'habitacle, à des fins de sûreté de fonctionnement et de sécurité ; - l'absence de nuisance acoustique, prestation particulièrement recherchée dans un véhicule électrique ou full hybride en roulage 20 électrique ; - sa faible intrusion dans l'implantation sous capot et/ou sous caisse et/ou dans l'habitacle du véhicule : pas de conduits d'air de grosse section ni de pulseur d'air à implanter, pas d'échangeur thermique supplémentaire ; - le surcoût engendré, maîtrisé par rapport à ces autres modes de thermo- 25 management.

C'est ainsi que de plus en plus de véhicules hybrides (ou mêmes électriques), à performances et prestations élevées en dynamique ou en autonomie, adoptent comme mode de thermo-management la réfrigération de 30 la batterie de traction en direct par fluide réfrigérant en contact avec les cellules actives de la batterie. Cette batterie est alors constituée d'un assemblage de cellules (lieu où s'effectuent la production, le stockage et la libération d'énergie électrique) entre lesquelles peuvent se trouver (ou pas : dans ce cas le carter ou la paroi de chaque cellule joue ce rôle) des plaques de conduction thermique, amenant les calories jusqu'à un (ou plusieurs) échangeur de type à plaque ou à tubes plats ou cylindriques ou de type serpentin, qui joue ici le même rôle que l'évaporateur du groupe de climatisation de l'habitacle, en absorbant les calories dégagées dans chaque cellule par effet Joule et par les réactions thermochimiques exothermiques s'y déroulant, grâce à la détente en amont et à l'évaporation d'un fluide réfrigérant (R134a, CO2, HFO-1234yf, ...) au sein de cet échangeur, pilotées par un détendeur (ou une vanne de type orifice calibré pressostatique et/ou thermostatique) dédié. Le principe est d'absorber, par l'évaporation du fluide réfrigérant issu d'une dérivation du circuit 1 o de climatisation du véhicule, le flux thermique dégagé par effet Joule par les cellules de la batterie lors de son fonctionnement. A cet effet les calories dégagées par les cellules et transmises par conduction à un côté d'une paroi de l'évaporateur batterie, sont absorbées, de l'autre côté de cette paroi de l'évaporateur batterie, par l'évaporation forcée du fluide réfrigérant. L'échange 15 de chaleur se fait ainsi directement dans la batterie au contact entre les cellules et l'évaporateur interne batterie. Ces calories sont ensuite transférées au condenseur du circuit de climatisation du véhicule, qui les évacue, par conduction et convection, au flux d'air extérieur le traversant grâce à l'avancement du véhicule éventuellement assisté par la mise en rotation du 20 groupe moto-ventilateur (GMV).

Les cellules, l'évaporateur, les éventuelles plaques de conduction ainsi que le calculateur batterie, sont enfermés dans un carter, le tout faisant office de pack batterie. 25 Outre la thermorégulation de la batterie, un des défis à relever est l'implantation d'une telle batterie, de volume important conditionné par le nombre élevé de cellules à embarquer pour fournir l'énergie et la puissance électriques requises par les prestations et performances attendues. 30 L'implantation retenue est à l'extérieur du véhicule sous la caisse du véhicule, afin d'une part de ne pas impacter et donc d'ainsi maintenir les mêmes prestations d'habitabilité et de volume coffre que la déclinaison thermique (non hybridée) du véhicule, mais aussi à des fins de sécurité vis-à-vis de l'habitacle et de ses occupants, en cas de dysfonctionnement, de court-circuit ou d'emballement thermique de la batterie. La difficulté posée est alors d'installer le volume important de la batterie (plusieurs dizaines de litres) dans un environnement sous caisse déjà chargé par l'implantation des organes électriques associées à l'hybridation du véhicule (moteurs électriques et leurs onduleurs, électronique de puissance, chargeur), le réservoir à carburant (essence, gazole, GPL, ...), la ligne d'échappement, les éléments de dépollution du moteur thermique qui la constituent (catalyseurs d'oxydation, piège à NOx, filtre à particules, réservoir d'additifs type SCR ou AdBlue, ...) et le silencieux, etc. ... tout en réduisant la diversité avec la version thermique du véhicule afin de maîtriser les surcoûts engendrés par l'hybridation. En particulier, outre la maîtrise de la diversité avec la version non hybride, se posent les contraintes fonctionnelles associées à la problématique échappement. Le conduit échappement ne peut contourner la batterie (compte-tenu de ses grandes dimensions) à cause de la perte d'efficacité que cela engendrerait en termes notamment de contre-pression (perte de charge totale de la ligne d'échappement, impactant directement la performance du moteur thermique) et de température (efficacité des systèmes de dépollution). La résolution de cette difficile équation impose l'installation de la batterie de traction en position transversale sous le véhicule, à cheval sur la ligne d'échappement, et donc en proximité géométrique (débattements de la ligne) mais surtout thermique avec celle-ci. S'il n'est pas possible d'éloigner beaucoup la ligne d'échappement de la batterie (au plus quelques centimètres), son rayonnement thermique peut être atténué par la mise en oeuvre d'isolants ou d'écrans thermiques, fonctions chères et à l'efficacité relative compte-tenu des écarts de température en jeu : de 80 à 300°C le long de la ligne d'échappement et température la plus basse possible (au plus 40°C) pour la batterie.

L'art antérieur connaît, par la demande de brevet français N° 2 911 220 (Peugeot Citroën Automobiles), un dispositif et procédé de chauffage d'un véhicule hybride.

L'art antérieur connaît également, par la demande de brevet français N° 2 830 926 (Peugeot Citroën Automobiles), un dispositif de régulation thermique pour véhicule automobile, notamment de type électrique ou hybride.

Exposé de l'invention

La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé de régulation thermique par fluide réfrigérant d'une batterie haute tension de traction d'un véhicule hybride

A cet effet, la présente invention concerne, dans son acception la plus générale, un procédé de régulation thermique par fluide réfrigérant d'une 1 o batterie haute tension de traction d'un véhicule hybride, ladite batterie comprenant une pluralité de cellules, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de détermination d'une phase de vie de ladite batterie parmi une pluralité de phases de vie ; - une étape de détermination d'un état thermique de ladite batterie 15 parmi une pluralité d'états thermiques, en fonction de la température de ladite batterie ; et - une étape d'ajustement de la température de ladite batterie en fonction de ladite phase de vie et dudit état thermique déterminés, en fonction de gradients thermiques intra-cellules et inter-cellules, en 20 fonction de la température d'environnement de la batterie et en fonction de son endommagement.

Selon un mode de réalisation, lesdites phases de vie sont choisies dans le groupe suivant : « Utilisation », « Gestion des défauts », « Hors utilisation » 25 et « Diagnostic ».

Selon un mode de réalisation, lesdits états thermiques sont choisis dans le groupe suivant : « Batterie froide », « Batterie tiède » et « Batterie chaude ».

30 De préférence, la température de ladite batterie est mesurée toutes les à 100 ms pour déterminer l'état thermique de ladite batterie.

Avantageusement, le procédé comporte en outre une étape de détermination des pertes thermiques de ladite batterie. 6 De préférence, la détermination des pertes thermiques de ladite batterie est activée toutes les 10 à 100 ms.

Selon un mode de réalisation, ladite batterie est chauffée par des 5 résistances électriques implantées en contact direct avec lesdites cellules de la batterie. La présente invention se rapporte également à un ensemble de batterie pour la mise en oeuvre du procédé. De préférence, l'ensemble de batterie est implanté sous la caisse d'un véhicule et en proximité avec la ligne d'échappement dudit véhicule.

La présente invention se rapporte également à un véhicule hybride 15 comportant un ensemble de batterie.

Le procédé selon la présente invention offre ainsi un thermomanagement complet de la batterie haute tension de traction d'un véhicule hybride rechargeable de hautes performances. 20 De plus, il permet une installation de la batterie à proximité de la ligne d'échappement tout en en l'immunisant si nécessaire, la température de la ligne d'échappement pouvant à l'inverse aider à accélérer la montée en température de la batterie. Le procédé selon la présente invention permet également d'avoir un 25 bilan énergétique optimisé et sans compromis sur la sécurité, la sûreté de fonctionnement, la durabilité de la batterie et la performance d'échange thermique, ceci à un coût négligeable, tant sur le prix de la batterie que sur le coût en garantie et en après-vente.

30 Brève description des dessins 10 On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux Figures dans lesquelles : - la Figure 1 illustre les phases de vie principales du procédé selon la présente invention ; - la Figure 2 représente les états thermiques du procédé selon la présente invention ; - la Figure 3 illustre la détermination des pertes thermiques de la batterie ; - la Figure 4 représente la détermination de la température de consigne requise pour la régulation thermique de la batterie ; - la Figure 5 illustre une correction de la consigne de régulation thermique de la batterie dans le cadre d'une cartographie ; - la Figure 6 représente l'état « Hors Utilisation » ; - la Figure 7 illustre la fonction de post-refroidissement de la batterie ; et - la Figure 8 représente l'état « gestion des défauts » du procédé selon la présente invention.

Description détaillée des modes de réalisation de l'invention

En référence, des calculateurs dans le périmètre véhicule et/ou GMP existent déjà pour gérer le système de climatisation : pilotage du compresseur de climatisation, du GMV et des vannes on/off de commande des branches de réfrigération habitacle et batterie, régulation de la thermique habitacle entre le chauffage et la réfrigération. Le principe retenu ici est alors de communiquer la température réelle et la consigne de thermorégulation de la batterie à ces calculateurs, comme s'il s'agissait pour eux d'un besoin supplémentaire à satisfaire, cette consigne étant élaborée soit en totalité dans le calculateur batterie, soit en totalité dans le calculateur de coordination du groupe moto-propulseur hybride (GMPH) (gestion des modes purement thermique, purement électrique et hybride), soit par parties dans ces deux calculateurs. La priorisation entre la réfrigération de la batterie et celle de l'habitacle est gérée le calculateur ayant déjà en charge la fonction climatisation, notamment via la gestion des vannes on/off des boucles habitacle et batterie et du régime de rotation du compresseur. En particulier, le pilotage de ces vannes on/off permet de s'affranchir du risque de givrage des évaporateurs habitacle et batterie, autorise la désactivation de l'une des deux boucles de réfrigération (habitacle ou batterie) lorsqu'il n'y en a pas besoin et enfin évite le risque d'accumulation de l'huile de lubrification du compresseur dans la boucle de réfrigération de la batterie lorsque celle-ci est inactive.

Le critère communément retenu pour le dimensionnement du refroidissement d'une batterie haute tension de traction pour une application à un véhicule hybride rechargeable, en particulier (mais pas uniquement) de technologie Li-ion, est de 40°C, avec des incursions possibles jusqu'à 45°C pour des situations de vie plus exceptionnelles et avec un impact sur la durée de vie de la batterie, si toutefois la T°batterie « hors utilisation » n'est pas ramenée à un niveau plus bas, le critère dimensionnant pour la durée de vie de la batterie étant en premier lieu sa T° moyenne. De plus, un critère de gradient maximal cellule à cellule (dit gradient inter-cellule) s'applique, devant rester inférieur à 5°C entre la cellule la plus froide et la cellule la plus chaude du pack batterie. Enfin, de par l'architecture du pack batterie et le mode de refroidissement retenus (réfrigération directe par plaque froide par la base inférieure des cellules), cette exigence se complète d'un critère de gradient maximal en interne d'une même cellule (dit gradient intra-cellule), devant également rester inférieur à 5°C. En effet, la technologie Li-ion est sensible à la T° moyenne et aux gradients de T° : une hétérogénéité du refroidissement des cellules génère un vieillissement prématuré des cellules les plus chaudes, entraînant une hétérogénéité des performances entre cellules, accélérant le vieillissement de l'ensemble du pack batterie. La batterie présente donc des capteurs de T°cellules (en surface ou au coeur des cellules) en nombre adéquat.

La Figure 1 illustre les phases de vie principales du procédé selon la présente invention, et en particulier les transitions entre les phases de vie « utilisation », « hors utilisation », « gestion des défauts » et « diagnostic ».

Dès la demande de mise sous tension (DMST = 1) ou l'activation du GMPH, la fonction bascule d'un état « hors utilisation » dans l'état « utilisation », dont la sortie s'effectue soit dans l'état « hors utilisation » sur la condition de DMST = 0 ou GMPH inactif, soit dans l'état « Gestion des défauts », décrits plus loin, soit dans l'état « Diagnostic » où sont effectués les différents tests logiques et les tests des actionneurs du système. Dans l'état « hors utilisation », quand le système est au repos, la stratégie de thermomanagement est très généralement inactive. Pendant toute la durée où la 1 o batterie se trouve dans cet état de repos, son calculateur scrute à intervalle de temps régulier les T° des cellules de la batterie (selon une périodicité et une durée adéquates en fonction de la technologie de la batterie, par exemple l s toutes les heures), à la fois pour estimer le vieillissement de la batterie et à des fins de sécurité. Si cette dernière mesure le requiert (par exemple en cas de 15 dérive excessive des T° des cellules au-delà d'un certain seuil de sécurité) et si l'état de la batterie et des différents calculateurs impliqués le permettent, le thermo-management actif de la batterie pourra être activé afin d'en maîtriser l'élévation de la température, notamment en réveillant partiellement ou totalement ces calculateurs. 20 La phase de vie « utilisation » de la batterie se décompose en trois principaux états thermiques dépendant de la température interne de la batterie : froide, tiède et chaude. La Figure 2 représente les états thermiques du procédé selon la présente invention. 25 Un premier état « Initialisation » permet d'initier l'état « Utilisation » et en particulier l'acquisition de la température de la batterie par le système de thermo-management ainsi que le lancement des calculs, détaillés plus loin, nécessaires à la détermination de la température de consigne de 30 thermorégulation de la batterie. En fonction des valeurs de T° de la batterie, le système bascule dans les états « Batterie froide » puis « Batterie tiède » puis « Batterie chaude » soit d'un pas de calcul à l'autre selon la T° effective de la batterie (par défaut chaque pas de calcul s'effectue tous les 10 à 100ms), soit le temps que sa T° atteigne et dépasse les seuils de T° associés « T°batt_froide » et « T°batt chaude ».

Les différentes actions entreprises par le système de thermo-management de la batterie dans les états « Batterie froide », « Batterie tiède » et « Batterie chaude » seront décrites plus loin. La transition de chacun de ces états vers les états « Gestion des défauts » et « Hors utilisation » est permise par l'apparition des événements initiateurs associés ; en particulier, la disparition de tous les défauts autorise le retour à l'état thermique initial selon la T° alors connue par la 1 o batterie.

Dans l'état « utilisation », une première phase consiste à déterminer les pertes thermiques de la batterie. La stratégie est ainsi auto-adaptative. Toutes les étapes de calcul décrites ci-après seront supposées (sauf cas contraire 15 précisé explicitement) se faire à l'échelle d'une cellule unitaire. La calibration du facteur multiplicatif « Nbre_cells » permettra, selon les cas et parfois par abus de langage, de passer de l'échelle de la cellule ou du module à celle du pack batterie complet.

20 Si la détermination des pertes thermiques de la batterie (à l'échelle de la cellule unitaire, d'un module ou du pack complet) est déjà réalisée de façon autonome par le calculateur de la batterie, alors une partie de la fonction décrite ici n'est pas nécessaire puisque déjà accomplie. Il ne s'agit alors plus qu'à en effectuer un filtre au cours du temps, selon le processus défini ci-dessous. Le 25 filtre mis en oeuvre peut être de type moyenne glissante sur une fenêtre de largeur judicieusement choisie (20 à 60 secondes) améliorée par un filtre passe-bas ou hystérésis, ou préférentiellement un ou plusieurs filtres de 1 er ordre ou de 2nd ordre dont la plage temporelle est judicieusement choisie (20 à 60 secondes), ou encore toute association d'au moins deux de ces filtres. Sinon 30 et si la résistance interne instantanée d'une cellule n'est pas déjà connue par son calcul ou son extrapolation d'une cartographie par le calculateur de la batterie, alors une première table détermine, en fonction de la température de la cellule considérée T°cell_i, du SOC et de la nature (en décharge ou en charge) et de la durée (temps de pulse) de la sollicitation de la batterie, la résistance interne instantanée en BOL de la cellule, par lecture directe et/ou par interpolation au sein d'une même cartographie ou entre au moins deux cartographies. La résistance interne de la batterie en BOL s'obtient alors en effectuant la même opération pour toutes les cellules et en sommant sur le nombre de cellules. Cette résistance interne augmentant avec le vieillissement ou l'endommagement de la batterie, l'extrapolation est corrigée d'un facteur représentatif du vieillissement et de l'endommagement de la batterie (=1 en BOL et > 1 en EOL), soit déjà présent et utilisé par le calculateur de la batterie pour d'autres fonctions (détermination du SOH), soit renseigné par une fonction

1 o dédiée hébergée dans la stratégie de thermo-management. La fonction déterminant le facteur d'endommagement utilise notamment en entrées la température de la batterie, la profondeur de décharge, le nombre de recharges depuis le réseau électrique extérieur et l'utilisation faite par le client du véhicule (typage conducteur, nature du roulage, distance parcourue, répartition roulage /

15 stockage). Les pertes thermiques instantanées de la batterie sont alors déterminées par effet Joule selon la formule Qbatt_i = (Rint_batt_BOL + Rcontact) x ageing_factor x (Ibatt)2 dans laquelle :

2o - Rint_batt_BOL est la résistance interne en début de vie du pack batterie complet selon la formule suivante : Nbre _ cells R int_ batt _ BOL = R int_ cell _ i _ BOL l=1

où Nbre_cells désigne, selon les informations disponibles au niveau de la l ère table, le nombre de cellules ou de modules de la batterie (en les supposant

25 associées en série). Si les valeurs de résistance interne manipulées ci-dessus sont à l'échelle de la batterie et non de ses cellules ou de ses modules constitutifs, alors le facteur Nbre_cells sera pris égal à 1. Par exemple, pour une batterie constituée de 4 modules de 16 cellules chacun, Nbre_cells peut alors valoir 64 ou 4 ou 1 selon le point de vue adopté.

3o - Rcontact est un terme additionnel désignant une résistance de contact, représentatif par exemple de la résistance ohmique du câblage interne à la batterie. Ce terme peut prendre une valeur : o nulle si la résistance de contact est déjà intégrée dans la résistance interne du pack batterie complet o ou constante sur tout le champ de température de la batterie o ou variable en fonction de la T° et du SOC de la batterie - Ageing_factor est le terme multiplicatif représentatif du vieillissement et de l'endommagement des cellules de la batterie en cours d'usage. Par exemple, la résistance interne de la batterie augmente au cours du temps, ce qui implique une augmentation des pertes par effet Joule puisque le courant nécessaire reste constant jusqu'à l'atteinte des limites de tension, ainsi que 1 o des variations de tension beaucoup plus importantes. - Ibatt est le courant effectivement délivré par la batterie et prend une valeur positive ou négative selon que la batterie est sollicitée en charge (reçoit du courant) ou en décharge (fournit du courant). 15 Les pertes thermiques filtrées sont déterminées à partir de l'évolution des pertes thermiques instantanées de la batterie sur un nombre d'échantillons T. Par exemple dans le cas d'une moyenne réalisée de type glissant, la nouvelle valeur de perte thermique instantanée Qbatt_i déterminée est additionnée au calcul de la moyenne et la Qbatt_i la plus ancienne dans le nombre 20 d'échantillons permettant ce calcul est retranchée, selon la formule : n Qbatt _ moy =- Qbatt Z j=n_z où T, fenêtre de moyenne, est par exemple fixée à 30s. Un filtre de type passe-bas est alors appliqué à l'issue du processus de calcul de la moyenne glissante afin de lisser les variations de Qbatt_i. Dans le cas où sont préférentiellement 25 utilisés, au lieu de la moyenne glissante, d'autres filtres tels qu'explicités plus haut, mis en oeuvre seuls ou combinés, le processus de filtre s'exécute de façon conventionnelle. La Figure 3 illustre la détermination des pertes thermiques de la batterie. La fonction de détermination des pertes thermiques de la batterie sera activée toutes les 10 à 100ms dans les états thermiques « Batterie froide », « Batterie tiède » et « Batterie chaude » et la transition de l'un de ces états 30 thermiques vers le suivant n'a aucun effet sur les calculs de Qbatt_i et Qbatt_filtré. Si nécessaire et pertinent, pour les T premiers calculs de Qbatt_i, les valeurs de Qbatt_i seront initialisées à zéro, puis remplacées au fur et à mesure par les valeurs de Qbatt_i calculées. Lorsqu'un défaut est détecté et que le système de thermo-management de la batterie bascule dans l'état « Gestion des défauts », la fonction est suspendue et les dernières valeurs calculées sont conservées. Lorsque le système revient dans l'état « Utilisation », la fonction est de nouveau sollicitée et utilise en données d'entrées, les dernières valeurs conservées. Lorsque DMST = 0 ou de passage 1 o du système dans l'état « Hors utilisation », les valeurs Qbatt_i et Qbatt_filtré ne sont pas mémorisées. Le fonctionnement de la batterie est optimal sur une plage fixée de sa T°, par exemple allant d'une température basse comprise entre 15 et 25°C, jusqu'à 40°C. En effet, le courant délivré par la batterie est fortement limité par sa 15 température dès en-deçà de 15°C et jusqu'à -20 à -40°C en Li-ion, voire même jusqu'à 0°C en Li-polymère, températures en-deçà desquelles la batterie est indisponible car ne pouvant plus fournir de courant. En dessous de 15 à 25°C et notamment afin de maximiser la disponibilité du mode ZEV et les prestations alors offertes pour une T° extérieure faible, en deçà de 10°C et jusqu'à 0°C, - 20 5°C ou -10°C, une fonction de réchauffage (préférentiellement par résistances électriques additionnelles en contact direct avec les cellules ou implantées dans le fluide réfrigérant ou en contact avec l'échangeur thermique interne, mais aussi par fonctionnement en pompe à chaleur du circuit réfrigérant, par adaptation du profil de recharge depuis le réseau électrique domestique ou 25 public via le chargeur, par auto-échauffement par effet Joule de la batterie par adaptation du profil de décharge, par dégradation volontaire et temporaire de l'efficacité de la chaîne de traction via une augmentation de la charge sur les moteurs électriques et via le système de freinage récupératif, etc.) permet de s'affranchir de deux problématiques se superposant à froid : 3o - Les pertes résistives augmentent à mesure que la température de la cellule est basse ; - Les puissances disponibles sont plus faibles de par la limitation du courant débité par chaque cellule à ces températures.

Toutefois, à des fins de gestion de mode dégradé et de sureté de fonctionnement, la puissance thermique installée pour le réchauffage sera préférentiellement inférieure au potentiel de refroidissement de la batterie, afin qu'en cas de défaillance du dispositif de chauffage, il soit possible de plus que compenser les calories dégagées par le réchauffage par celles absorbées par le système de réfrigération de la batterie.

La préférence donnée à un réchauffage par résistances électriques additionnelles implantées en contact direct avec les cellules fait qu'en utilisation la puissance électrique consommée pour réchauffer la batterie se fait en sollicitant la batterie elle-même. Cela présente un second avantage (outre son réchauffage effectif) : cette décharge supplémentaire de courant contribue également à l'auto-échauffement de la batterie. L'autonomie en ZEV n'est pas réduite, même au contraire : cette consommation de puissance électrique par la batterie pour se réchauffer et s'auto-échauffer contrebalance les performances réduites de la batterie qui aurait nécessité de démarrer le moteur thermique pour fournir le couple aux roues requis par l'utilisateur si la batterie n'était pas réchauffée.

On notera que dans la zone d'utilisation qui nécessite un réchauffage de la batterie, la conséquence n'est pas une atteinte à la durée de vie de la batterie ou à sa fiabilité mais une réduction de la puissance disponible en charge et en décharge.

Dans l'état « Batterie froide » (avec T°batt_froide valeur constante fixée dans la zone [-40°C ; + 25°C]), la batterie n'est donc pas dans sa plage de température optimale de fonctionnement et alors un réchauffage, complémentaire à son auto-échauffement généré par son utilisation, s'avère nécessaire quelle que soit la T°batt < T°batt_froide. Dans cet état, aucun refroidissement de la batterie n'est demandé ; la détermination des pertes thermiques filtrées est néanmoins entreprise selon la procédure explicitée plus haut. Au contraire il est requis de la réchauffer, par défaut à 100% de la puissance thermique installée (préférentiellement d'origine électrique par résistances électriques au contact des cellules), jusqu'à ce que la température moyenne de la batterie atteigne le seuil T°batt_froide au-delà duquel le système bascule dans l'état « batterie tiède ». Il est supposé qu'ensuite l'auto-échauffement de la batterie associé à sa sollicitation en charges et décharges est suffisant pour assurer son maintien dans la plage optimale de fonctionnement, jusqu'à ce qu'il devienne nécessaire de la réfrigérer.

Cette valeur de 100% de commande sera corrigée par d'éventuelles limitations pour le diagnostic de la commande : ainsi, la valeur effectivement appliquée est un RCO maximal qui en tient compte. En effet, si le diagnostic de la commande ne peut se faire que si le domaine de variation de la commande est compris entre 2 valeurs mini et maxi, alors la commande effective est saturée par ces valeurs. Sinon (si le diagnostic de la commande peut se faire quelque soit sa valeur), la commande est effectivement appliquée sans corrections.

En complément de la T°batt moyenne, les gradients inter- et intra-cellule explicités plus haut sont également surveillés dans l'état « batterie froide ». Pour ce faire, les températures locales au niveau des cellules (réparties au sein et/ou le long d'une même cellule et d'une cellule à l'autre du pack) sont donc scrutées par la fonction thermo-management. Si l'un ou l'autre de ces critères n'est plus respecté (ou les deux en même temps) pendant le réchauffage effectif de la batterie par les résistances électriques commandées à un RCO maximal (par exemple 100% ou une commande légèrement inférieure tenant compte des limitations à des fins de diagnostic), en référence le RCO de commande des résistances électriques réchauffant les cellules ayant les T° les plus élevées sera réduit à une valeur de RCO maximal garantissant le respect de ces deux critères en même temps.

L'état « Batterie tiède » correspond à une situation thermique transitoire où T°batt E [T°batt_froide ; T°batt_chaude[ (plage de T°batt_froide définie précédemment ; T°batt_chaude e [27°C ; 33°C]) et où la batterie, au regard des valeurs de sa T° dans ce domaine, n'a plus besoin d'être réchauffée (le cas échéant - car la batterie se trouve à une T° telle que ses performances maximales sont accessibles et ne sont plus limitées par sa T° trop faible) et pas encore besoin d'être refroidie. Donc la fonction de thermo-management ne requiert dans cet état thermique ni réchauffage ni réfrigération de la batterie. La détermination des pertes thermiques filtrées est néanmoins entreprise selon la procédure explicitée ci-dessus.

Dans cet état également, les gradients inter- et intra-cellule explicités plus haut sont également surveillés, en complément de la T° moyenne. Ainsi, en plus de la température moyenne de la batterie, les températures locales au niveau des cellules sont donc dans cet état également scrutées. Dans cet état thermique, la batterie n'étant ni réchauffée ni réfrigérée, les gradients 1 o thermiques évoqués ci-avant ne sont donc dûs qu'à l'auto-échauffement des cellules sollicitées. Ainsi, cet état thermique devrait donc voir les gradients thermiques les plus faibles par AT, dû au thermo-management, nul et donc ne devrait donc a priori pas nécessiter d'action corrective telle qu'évoquée précédemment pour le réchauffage de la batterie ou plus loin pour sa 15 réfrigération.

Le paragraphe suivant détaille le thermo-management de la batterie dans l'état « Batterie chaude » selon la stratégie nominale ; seront ensuite explicitées les corrections mises éventuellement en oeuvre. L'automate bascule dans l'état 20 « Batterie chaude » dès que T°batt atteint ou dépasse T°batt_chaude. Dans cet état, la fonction fait appel à une recherche en table avec en entrée, la valeur des pertes thermiques Qbatt_filtré de la batterie et en sortie une variable T°cons_i représentant une température instantanée de consigne de régulation thermique de la batterie. Cette variable T°cons_i est comparée à la variable 25 représentant la température de la batterie. Tant que T°batt est inférieure à T°cons_i, la température de consigne requise pour la régulation thermique de la batterie T°batt_req est égale à la constante T°cons_maxi et alors la réfrigération effective de la batterie n'est pas encore requise puisque T°batt n'est pas encore assez élevée. Dès l'instant où T°batt atteint ou dépasse 30 T°cons_i, le système fixe la température de consigne T°batt_req requise pour la régulation thermique de la batterie à la T° instantanée de consigne T°cons_i. La Figure 4 représente la détermination de la température de consigne T°batt_req requise pour la régulation thermique de la batterie.

A titre d'exemple, la table T°cons_i = f(Qbatt_filtré) repose sur 4 points support calibrables (valeurs ci-dessous indiquées pour information et à titre d'exemple illustratif et non limitatif) : - T°cons_i_min : valeur minimale prise par la consigne T°cons_i : 28°C à 30°C - T°cons_i_max : valeur maximale prise par la consigne T°cons_i 35°C - Qbatt_filtré_min : valeur minimale saturée par le Qbatt_filtré : 400W - Qbatt_filtré_max : valeur minimale saturée par le Qbatt_filtré : 800W La filtration du Qbatt sur une fenêtre assez large (valeur typique : 30s) contribue à fortement lisser les évolutions de Tbatt_req : par conséquent, la présente stratégie ne met pas en oeuvre d'hystérésis supplémentaire. Cependant, si une hystérésis est utilisée par le calculateur gérant la climatisation pour garantir la stabilité de la régulation et du fonctionnement de la boucle de réfrigération, cette hystérésis ne devra pas non plus être trop élevée afin de ne pas trop impacter la consommation électrique liée au refroidissement de la batterie. Une hystérésis de 2 à 3°C sur la T°batt semble un bon compromis entre ces 2 aspects.

Lors de la détection d'un défaut, le système bascule dans l'état « Gestion des défauts » : ce fonctionnement est suspendu et la valeur T°cons_i est conservée. A la disparition de tous les défauts, la fonction est de nouveau sollicitée et utilise en données d'entrées, les dernières valeurs conservées.

T°batt ayant pu entretemps évoluer, une nouvelle valeur de T°batt_req est calculée. En cas de passage dans l'état « Hors utilisation », les valeurs T°cons_i et T°batt_req ne sont pas mémorisées.

Afin d'établir la consigne finalement appliquée, la variable T°batt_req sera corrigée selon les trois processus suivants détaillés ci-après : prise en compte - des critères de gradients thermiques inter- et intra-cellule ; - de la température ambiante sous caisse dans la zone d'implantation de la batterie au-dessus de la ligne d'échappement ; - du facteur d'endommagement explicité plus haut.

En complément de la T°batt moyenne, les gradients thermiques inter- et intra-cellule sont également surveillés dans l'état « batterie chaude », comme dans les autres états thermiques de la batterie (froid et tiède). Pour ce faire, en plus de la température moyenne de la batterie, les températures locales au niveau des cellules (réparties au sein et/ou le long d'une même cellule et d'une cellule à l'autre du pack) sont donc scrutées par la fonction thermomanagement. Si l'un ou l'autre de ces critères (ou les deux en même temps) n'est plus respecté pendant le refroidissement de la batterie selon la stratégie 1 o nominale explicitée ci-avant et si en même temps, une marge existe sur la T°batt moyenne par rapport au critère de 40°C, deux stratégies sont possibles. - Une l ère approche consiste à réduire ou même arrêter le refroidissement de la batterie afin de réduire ou d'annuler ces gradients thermiques. Au-delà d'une T°batt moyenne de 38°C (avec une marge ménagée réduite par 15 rapport au critère de 40°C), cette approche sera préférentiellement inhibée (et donc le refroidissement de la batterie maintenu) pour conserver la T°batt moyenne sous 40°C au détriment de ces gradients thermiques, plutôt que maintenue pour privilégier le respect de ces critères de gradients inter- et intra-cellule aux dépens de la T°batt moyenne ; 20 - Si les résistances électriques au contact des cellules sont présentes et pilotables (en particulier vis-à-vis du critère de 40°C), soit indépendamment les unes des autres ou soit en groupe selon leur implantation le long des cellules, une 2nde approche consiste, selon la nature du gradient thermique non satisfait : 25 - Si c'est le gradient thermique interne cellule qui n'est plus respecté, à réchauffer localement les zones des cellules les plus proches de leur base en contact avec l'évaporateur tout en maintenant ou réduisant la puissance de refroidissement mise en oeuvre par le circuit de réfrigération, ceci afin de réduire l'écart de température entre la base 30 de la cellule en contact avec l'évaporateur (donc froide) et le reste de la cellule, en la réchauffant par le pilotage un à un ou par groupe des réchauffeurs électriques - Si c'est le gradient thermique cellule à cellule qui n'est plus respecté, à réchauffer les cellules les plus froides tout en maintenant ou réduisant la puissance de refroidissement mise en oeuvre par le circuit de réfrigération, ceci afin d'homogénéiser la température des cellules du pack batterie. Dans une perspective de bilan énergétique et de sûreté de fonctionnement, la 1 ère approche est privilégiée par rapport à la seconde. Cependant et en référence, l'échangeur interne (évaporateur dans le cadre de la réfrigération de la batterie haute tension de traction) sera conçu de sorte à avoir le moins possible recours à cette stratégie.

1 o Compte-tenu de l'implantation de la batterie de traction à l'extérieur du véhicule, sous la caisse et en proximité avec la ligne d'échappement, et malgré la mise en place d'isolants et d'écrans thermiques, la batterie doit être isolée du rayonnement thermique résultant. S'il n'est pas possible de totalement isoler la batterie du flux thermique supplémentaire généré par l'environnement 15 thermique sous caisse (échappement, T° extérieure, ...), le système de thermomanagement de la batterie doit pouvoir le prendre en compte pour en inhiber les effets sur la thermique des cellules de la batterie. Ainsi, une stratégie spécifique reposant sur des cartographies ou un modèle de calcul couplant la thermique et l'aéraulique sous caisse et tenant compte notamment de la T° 20 extérieure, de la vitesse véhicule, de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne, ... est inclus dans la stratégie de thermo-management de la batterie et détermine, en complément des stratégies de refroidissement et de post-refroidissement, la pertinence de corriger la consigne de régulation thermique de la batterie en cas de rayonnement thermique de l'échappement 25 important et/ou de dissipation sous caisse insuffisante. Par contre, lorsque la batterie est froide, ce rayonnement thermique de l'échappement contribue, lors d'un roulage en mode hybride (moteur thermique à feu), à réchauffer un tant soit peu la batterie.

30 Les données d'entrée de telles cartographies ou d'un tel modèle de calcul sont : - la vitesse du véhicule, - la T°air extérieur, - la T°gaz mesurée ou estimée par calcul, accessible dans le calculateur multifonctions du moteur thermique, la plus proche possible du lieu d'implantation de la batterie ou à construire à partir du régime, de la charge moteur, du flag indiquant la réalisation en cours d'une régénération du FAP et de la dissipation le long et à travers la ligne d'échappement et ses différents constituants (catalyseur, ...) - le débit de gaz (si disponible, sinon à construire à partir du régime et du couple moteur) Dans le cas d'un modèle de calcul, sont également pris en compte les 1 o coefficients d'échange convectif entre les différents milieux (batterie, ligne d'échappement, air ambiant, écran thermique, isolant, sol), les surfaces d'échange associées, les conductivités thermiques des matériaux et milieux mis en oeuvre, les émissivités et les épaisseurs des composants, ainsi que les distances entre les différents constituants. 15 La Figure 5 décrit cette correction dans le cadre d'une utilisation de cartographies. Ces constituants sont à adapter selon le lieu d'implantation effectif de la batterie sur la ligne d'échappement ; ainsi le terme FAP ci-après peut en réalité désigner, dans certains cas, un catalyseur d'oxydation et la 20 correction associée prendre en compte l'exotherme engendrée, dans le cas où le moteur thermique n'en est pas doté ou quelle que soit son énergie (essence, gazole, GPL, ...).

La puissance thermique dégagée ou rayonnée par la ligne 25 d'échappement est estimée à partir du débit et de la température des gaz d'échappement et de la présence ou non d'une régénération du FAP. En particulier, plutôt que le simple produit du débit par la différence de T°, la première cartographie permet de traiter le cas de débits de gaz faibles ou nuls avec néanmoins un flux thermique rayonné important généré par relaxation en 30 coup de chaud lorsque le moteur thermique vient d'être coupé (donc débit de gaz nul) après une forte sollicitation. Cette cartographie permet ainsi de discriminer ces cas de vie d'autres présentant les mêmes conditions de débits mais avec un flux thermique dégagé réellement faible, discrimination que ne permet pas le simple produit du débit des gaz par leurs T°. D'autre part (selon sa disponibilité et son format), le flux « flag_RG_FAP » associé pourra être un booléen qui forcera la prise en compte d'un flux thermique constant associé à la régénération du FAP, par exemple du type Pth_exhaust = Pth_exhaust_hors_FAP + Flag_RG_FAP x Flux_RG_FAP. La puissance thermique dégagée par la ligne d'échappement ainsi estimée entre, avec la vitesse véhicule (image de la puissance thermique d'évacuation), en entrée d'une seconde cartographie qui fournit en sortie la température de consigne Tcbatt_req corrigée. La consigne effectivement envoyée au calculateur véhicule gérant le système de climatisation, pour le thermo-management de la batterie (CONS_TEMP_BTRAC), est alors la consigne minimale entre celle déterminée par le processus ci-avant et celle déterminée plus haut.

Le troisième processus de correction de la consigne de thermorégulation finalement appliquée prend en considération le facteur d'endommagement, qui intervient à nouveau dans le procédé de régulation thermique de la batterie haute tension de traction. Par le présent biais, la température de régulation du refroidissement de la batterie est paramétrée de sorte à optimiser le compromis entre la durabilité de la batterie et les performances et prestations du véhicule telles que la consommation en carburant, l'autonomie électrique et le confort thermique dans l'habitacle. Ce processus détermine une « pente » fictive d'endommagement de la batterie haute tension de traction, en fonction de l'âge de la batterie ou du kilométrage du véhicule. L'optimisation, ajustée tout au long de la vie du véhicule, consiste, pour par exemple un client globalement peu sévère, à exploiter davantage la batterie (par exemple énergie utilisable augmentée par une plus importante profondeur de décharge) pour améliorer les prestations véhicule. Ainsi, à titre d'exemples : - Pour une profondeur de décharge maximale malgré un endommagement de la batterie inférieur à la cible, sous la pente fictive : une température de régulation élevée est autorisée tant que le taux d'usure cible de la batterie n'est pas atteint ; - Pour une profondeur de décharge minimale malgré un endommagement de la batterie supérieur à la cible, au-dessus de la pente fictive : une température de régulation de la batterie abaissée est recherchée afin de préserver la batterie ; - Pour une profondeur de décharge intermédiaire entre les niveaux mini et maxi et un endommagement de la batterie proche de la pente cible : la température de régulation de la batterie sera préférentiellement diminuée afin de gagner en taux d'usure de la batterie ou d'augmenter l'énergie utile à iso-endommagement.

La consigne de thermorégulation finalement appliquée réalise la 1 o synthèse entre ces trois processus et le processus nominal de régulation thermique, par exemple en en appliquant la valeur minimale.

Le critère dimensionnant pour la durée de vie de la batterie est en premier lieu sa T° moyenne. La T°batterie est managée en phase d'utilisation, 15 afin de la maintenir dans sa plage optimale de fonctionnement : un tel management a été explicité ci-avant. Mais une attention particulière doit également être portée à la T°batterie « hors utilisation », justifiant un thermomanagement dans ce cas : parking, garage, stationnement, etc., cette situation de vie pouvant représenter jusqu'à 80 à 85% de la durée de vie du véhicule. 20 L'état « utilisation » a été détaillé dans les pages précédentes. Les suivantes détaillent l'état « hors utilisation » et en particulier la Figure 6. Le passage dans l'état « Hors utilisation » se fait par une étape « initialisation » notamment consacrée à l'identification de la situation de vie 25 associée, parmi : la recharge de la batterie - ou le post-refroidissement de la batterie - ou le préconditionnement thermique de la batterie - ou alors batterie au repos. Le passage dans la situation de vie « Repos » se fait en l'absence de toute autre demande (recharge de la batterie ou post-refroidissement ou préconditionnement thermique), que le cordon de charge soit branché ou non et tant qu'il n'y a pas de demande de mise sous tension (DMST=0) ou d'activation 30 du GMPH. La sortie de la situation de vie « Repos » se fait à l'étape « initialisation » dès apparition d'une demande de mise sous tension (DMST=1) (auquel cas le système sort de l'état « hors utilisation ») ou d'activation du GMPH ou dès l'apparition d'une demande de recharge ou de post- refroidissement ou de préconditionnement, que le cordon de charge soit branché ou non (plug-in : respectivement vrai ou faux).

Selon la situation de vie dans laquelle se trouve effectivement la batterie, le système se positionne dans la configuration associée et réalise les actions 1 o adéquates qui seront décrites ci-après. Lorsque la situation de vie en question n'est plus vérifiée (fin de la recharge ou du post-refroidissement ou du préconditionnement thermique de la batterie), le système de thermomanagement revient à l'étape « initialisation » d'où, selon l'apparition ou non d'une nouvelle situation de vie dans l'état « hors utilisation » (ex : 15 préconditionnement thermique de la batterie après sa recharge ou recharge après un post-refroidissement), le système se positionne dans la situation de vie associée ou sort de l'état « Hors utilisation » pour prendre un des états décrits précédemment ou sinon l'état « Repos ».

20 La sortie de chacune des situations de vie, y compris de l'étape « initialisation », est immédiate dès l'apparition d'un défaut : le système se positionne alors dans l'état « gestion des défauts » qui sera décrit plus loin. A la disparition de tous les défauts, le retour à l'état « Hors utilisation » se fait par l'étape « initialisation » où sont à nouveau évalués la situation de vie présente 25 et l'état associé approprié.

Chacune des situations de vie évoquées ci-avant (repos, post-refroidissement, recharge, préconditionnement thermique) va être décrite dans les paragraphes suivants. Dans la situation de vie « repos », le calculateur de la batterie scrute les températures des cellules à des fins de sécurité (emballement thermique, ...) et d'estimation du vieillissement de la batterie. Cette surveillance a lieu pour toutes les phases de vie hors utilisation de la batterie : recharge, 30 préconditionnement thermique, post-refroidissement, repos, et en particulier (mais donc pas uniquement) pendant que le véhicule est branché au réseau électrique domestique ou public. La périodicité et la durée d'une telle surveillance sont à adapter au type de technologie Li-ion : à titre d'exemple, le calculateur de la batterie se réveille toutes les heures pendant une durée d'au plus 500ms à 1s pour notamment mesurer les températures des cellules et mesurer le SOH. La valeur de la température de la batterie est alors réactualisée en faisant la moyenne entre la valeur à l'instant t et la valeur à t-1 h et si la phase de sommeil dure moins d'une heure, le calculateur de la batterie 1 o fait la moyenne entre les températures au « key off » et au « key on ».

Durant cette phase, il peut être requis du système de thermomanagement qu'il refroidisse la batterie si sa température atteint un certain seuil de sécurité et jusqu'à ce que la température de la batterie redescende 15 sous ce seuil diminué d'une certaine hystérésis. Lorsque le véhicule n'est pas branché au secteur électrique externe domestique ou public, la seule source de puissance électrique pour alimenter le compresseur afin de refroidir la batterie, est la batterie elle-même, qui peut ne plus être disponible si détériorée ou si ses contacteurs sont ouverts. 20 A l'issue immédiate (condition initiatrice : DMST passe de 1 à 0, c'est-à-dire transition de « key on » vers « key off » ou GMPH actif vers inactif) d'un roulage sollicitant thermiquement pour la batterie, si sa T° atteint ou dépasse un seuil de TEMP_BTRAC_POSTREFR_HIGH fixé par exemple à 38°C : 25 - suffisamment élevé pour ne pas interférer avec les stratégies explicitées ci-avant dans le cadre du thermo-management dans l'état « batterie chaude» - mais suffisamment bas pour ne pas altérer la durée de vie de la batterie un post-refroidissement est opéré jusqu'à ce que la T° de la batterie 30 redescende sous un seuil TEMP BTRAC POSTREFR LOW fixé à par exemple 30°C.

Par des températures extérieures élevées ou même tempérées, ce post-refroidissement se conçoit et il est pertinent d'abaisser la température de la batterie. Par contre, par des températures extérieures plus faibles, où il est connu que les performances de la batterie sont réduites, en l'absence de tout dispositif permettant de réchauffer la batterie autre que son auto-échauffement en utilisation ou afin d'économiser la puissance électrique consacrée à son réchauffement, il peut par contre être pertinent de ne pas post-refroidir la batterie dans ces conditions afin, la batterie étant alors stockée dans une ambiante thermique plus froide, de conserver à l'intérieur du pack batterie la chaleur utile pour le départ suivant du véhicule avec une batterie encore en température, la plus possible à même de fournir ses performances nominales. 1 o Ainsi, à la condition énoncée ci-dessus sur la T° de la batterie, s'ajoute comme condition d'entrée dans la phase de post-refroidissement de la batterie, une condition sur la T°extérieure, telle que le post-refroidissement soit inhibé si la T°extérieure est inférieure à un seuil TEMP_EXT POSTREFR (par exemple 10°C). 15 Dans cette situation de vie post-refroidissement, rappelons que le véhicule n'est pas connecté au secteur électrique domestique ou public (à la différence de la phase de vie préconditionnement thermique, commentée ci-après) : par conséquent, l'énergie ainsi consacrée à post-refroidir la batterie 20 (avant tout à des fins de durabilité et de disponibilité du mode ZEV, et dans une moindre mesure pour l'autonomie ZEV) ne peut plus être consacrée à la mobilité électrique ou hybride. Une valeur de post-refroidissement fixée trop basse est donc certes favorable à la durabilité de la batterie mais ce post-refroidissement se fait en consommant de l'énergie électrique stockée dans la 25 batterie. Ainsi, la condition T°batt TEMP_BTRAC_POSTREFR_LOW peut se compléter, au premier des termes échu, d'une condition de durée maximale de post-refroidissement TIMER_POSTREFR (fixée à une valeur par exemple comprise entre 5 et 10 minutes). 30 La Figure 7 illustre la fonction de post-refroidissement de la batterie. La raison d'être de la phase de vie « préconditionnement thermique de la batterie » est de profiter du raccordement du véhicule au secteur électrique extérieur (domestique ou public) pour réchauffer ou abaisser si nécessaire et judicieux (selon la température extérieure) la température de la batterie : - dès le raccordement au réseau électrique externe, au plus tôt, à des fins de durée de vie batterie en abaissant ainsi sa température moyenne ou à des fins de performances à froid de la batterie, par une dépense énergétique réduite puisque l'énergie requise est puisée sur le réseau électrique, qu'il n'y ait eu ou non de post-refroidissement de la batterie. - avant le départ du client (si l'heure de départ a été programmée) en refroidissant ou réchauffant la batterie afin qu'elle soit dans sa plage optimale de T° de fonctionnement pour garantir une disponibilité ZEV accrue, selon la valeur alors prise par la température de la batterie.

Un préconditionnement thermique en réchauffage de la batterie est pertinent, afin de satisfaire une disponibilité ZEV par des températures extérieures froides, jusqu'à -5°C à -10°C. A des fins de durabilité et de disponibilité de la batterie et en inter-prestations avec la réfrigération de l'habitacle, pour un départ ZEV en particulier par ambiante thermique extérieure chaude, par exemple jusqu'à +30°C à +40°C, il peut être pertinent de réfrigérer la batterie si sa T° est trop élevée avant le départ du client pour lui permettre une disponibilité ZEV accrue. Pour des T°extérieures plus élevées ou plus basses ou s'il est choisi de privilégier la mobilité du véhicule en ne consacrant pas l'énergie résiduelle stockée dans la batterie à son thermo-management, il sera admis lors de la prochaine utilisation du véhicule, si la thermique de la batterie ne permet pas un départ en ZEV, que le moteur thermique soit démarré afin d'assurer la mobilité du véhicule. Pendant ce temps, la réfrigération ou le réchauffage de la batterie (le cas échéant) sera alors activé, en compromis soit avec la réfrigération de l'habitacle soit avec la puissance électrique disponible en fonction de la T°batt, afin d'en permettre le plus tôt possible la disponibilité selon sa T° et l'énergie résiduelle.

En référence, cette fonction de préconditionnement thermique n'est accessible que si le véhicule est branché via le chargeur au réseau électrique domestique ou public, afin de réduire la dépense énergétique associée et de ne pas amputer la mobilité en mode hybride ou électrique offerte par l'énergie électrique stockée dans la batterie, l'intérêt étant, en plus de la disponibilité ZEV et de la durabilité batterie déjà évoquées, d'offrir une autonomie ZEV accrue, puisque la réfrigération ou le réchauffage de la batterie ne seront alors pas actifs pendant le temps que la batterie mettra à monter en T°. La puissance électrique associée est ainsi économisée, alors que la batterie est la seule source d'énergie électrique, ou alors l'intégralité de la puissance frigorifique ou calorifique disponible peut le cas échéant être dédiée respectivement à la réfrigération ou le chauffage de l'habitacle sans être amputée par la thermorégulation de la batterie haute tension de traction.

Une demande de préconditionnement thermique de la batterie est générée dès que le cordon de charge est branché et : - en refroidissement, sur des conditions de T°batt TEMP BTRAC PRECOND HOT et de T°ext TEMP EXT PRECOND (par exemple 10°C) ; - en réchauffage, sur une condition de T°batt < TEMP BTRAC PRECOND COLD (valeur comprise entre 10 et 25°C).

Les conditions ci-dessous exhaustivent l'entrée dans le mode de préconditionnement thermique de la batterie : - état GMPH : non actif - ET frein de parking serré - ET état boîte de vitesses : BVMP ou BVA au neutre ou en parking - ET source d'énergie électrique disponible et dans les critères d'acceptabilité spécifiés - ET pas de recharge de la batterie en cours - ET aucun organe nécessaire au préconditionnement thermique n'est défaillant La sortie de l'état de préconditionnement thermique en refroidissement de la batterie se fait sur un seuil de T°batt TEMP BTRAC _PRECOND_LOW (par exemple 15°C à 25°C) de sorte que cette valeur soit : - suffisamment basse pour maximiser la disponibilité d'un roulage ZEV et pour qu'un refroidissement de la batterie pendant le roulage suivant ait lieu le plus tard possible afin de maximiser l'autonomie en mode électrique et prioriser le cas échéant la réfrigération de l'habitacle, - mais quand même suffisamment élevée pour que la batterie soit dans sa plage de T° optimale vis-à-vis de la puissance électrique délivrable.

La sortie de l'état de préconditionnement thermique en réchauffage de la batterie se fait sur un seuil de T°batt TEMP BTRAC PRECOND HIGH (valeur comprise entre 15 et 25°C et potentiellement différente de TEMP BTRAC PRECOND LOW) de sorte que cette valeur soit : - suffisamment élevée pour que la batterie soit dans sa plage de T° optimale vis-à-vis de la puissance électrique délivrable - mais pas trop pour ne pas devoir refroidir trop tôt la batterie afin de maximiser l'autonomie en mode électrique.

Les véhicules « plug-in », pour offrir les prestations attendues (consommation en rupture sur cycle mixte et à l'usage, autonomie et disponibilité ZEV), présentent la possibilité de recharger la batterie Li-ion sur le secteur (prise domestique ou publique), soit de façon immédiate dès le branchement du cordon de recharge et à condition que toutes les conditions nécessaires soient remplies, soit de façon différée par programmation de par exemple l'heure de départ du client. Lors de cette situation de vie également, la batterie nécessite d'être thermo-managée : - avant la recharge, en refroidissement ou en chauffage, afin de mettre la batterie thermiquement en condition pour en autoriser la recharge, par exemple si la recharge de la batterie requiert que sa température appartienne à une certaine plage et si une recharge dite rapide ou lente à une puissance trop élevée et à une température batterie trop faible (ex : de - 20°C à 0 °C) ou à une température trop élevée (ex : > 40°C) serait endommageante pour la batterie ; - pendant la recharge, en refroidissement (génération de calories par effet Joule et au titre des réactions chimiques exothermiques s'y déroulant), afin non seulement de ne pas dépasser les limites supérieures de T°batt vis-à-vis de sa fiabilité et de sa durée de vie, mais aussi afin d'optimiser la durée de la recharge. En effet : - pour une T°batt trop élevée, la batterie interdit ou suspend sa recharge pour se protéger ; - pour une T°batt trop faible, la recharge pourra être adaptée en limitant la puissance en début de recharge pour réchauffer la batterie puis la recharger avec le niveau de puissance nominal, d'où potentiellement un allongement du temps de recharge global ; - mais aussi après la recharge, en refroidissement comme en réchauffage, afin de garantir la disponibilité de la batterie pour un roulage ZEV immédiatement à la suite de sa recharge si sa température interne avait 1 o d'aventure trop ou pas suffisamment augmenté à la fin de la recharge.

Dans tous les cas, le réchauffage ou le refroidissement de la batterie haute tension de traction nécessite le fonctionnement d'organes haute tension (exemple : compresseur électrique, résistances électriques additionnelles) ou 15 basse tension (exemple : électrovannes, relais, GMV). Par conséquent, les SOC des batteries haute et basse tensions seront maintenus ; dans le cas de la batterie basse tension (batterie de servitude), il peut même s'agir de la recharger pour respecter un seuil de démarrabilité du moteur à combustion.

20 Avant sa recharge, le thermo-management de la batterie peut se justifier pour mettre la batterie thermiquement en condition pour en autoriser la recharge, si cette recharge requiert que sa température appartienne à une certaine plage. Si tel est le cas et si T°batt TEMP BTRAC RECH BEFORE HOT (par exemple 35 à 40°C), alors un 25 refroidissement est opéré jusqu a ce que T°batt <_ TEMP BTRAC RECH START HOT (par exemple 30°C), fixée à une valeur compatible de la plage de T°batt évoquée plus haut et telle qu'un refroidissement de la batterie pendant sa recharge ne soit, dans la mesure du possible, plus nécessaire, afin d'optimiser le temps de recharge. De même, le 30 cas échéant (si la technologie de la batterie choisie le requiert), si T°batt TEMP BTRAC RECH BEFORE COLD (dans une plage de -40°C à 0°C), alors un réchauffage des cellules de la batterie est opéré jusqu'à ce que T°batt TEMP_BTRAC_RECH_START_COLD (par exemple 0 à 25°C), fixée à une valeur compatible de la plage de T°batt évoquée plus haut et telle qu'un refroidissement ni un réchauffage de la batterie pendant sa recharge ne soient, dans la mesure du possible, plus nécessaires, afin d'optimiser le temps de recharge.

Pendant la recharge et y compris pendant la phase d'équilibrage des cellules, le thermo-management de la batterie peut se justifier pour favoriser la recharge au titre des calories dégagées par effet Joule et par les réactions chimiques exothermiques s'y déroulant. Si tel est le cas et si T°batt TEMP BTRAC RECH DURING (par exemple 40°C), alors un refroidissement est opéré jusqu'à ce que T°batt TEMP_BTRAC_RECH_LOW_DURING (par exemple 30 à 35°C), valeurs fixées de sorte qu'une seconde phase de refroidissement de la batterie pendant sa recharge ne soit, dans la mesure du possible, plus nécessaire, afin d'optimiser le temps de recharge.

Le thermo-management de la batterie peut se justifier également à l'issue de la recharge, pour garantir la disponibilité de la batterie pour un roulage ZEV immédiatement à la suite de sa recharge si la T° de la batterie est trop élevée à la fin de la recharge ou afin de réduire la consommation énergétique due au thermo-management de la batterie durant ce roulage ou encore afin de pouvoir consacrer toute la puissance frigorifique ou calorifique disponible à la réfrigération ou au chauffage de l'habitacle pendant ce roulage. Si tel est le cas et si T°batt TEMP_BTRAC_RECH_AFTER_HOT (par exemple 35°C) ou si T°batt TEMP_BTRAC_RECH_ AFTER _COLD (dans une plage de -40°C à 15°C), à l'issue immédiate de la recharge, alors respectivement un refroidissement ou un réchauffage est opéré jusqu'à ce que T°batt atteigne TEMP_BTRAC_RECH_AFTER (dans une plage de 10 à 25°C), fixée de sorte que cette valeur soit suffisamment basse pour maximiser la disponibilité d'un roulage ZEV et pour qu'un refroidissement de la batterie pendant le roulage suivant ait lieu le plus tard possible afin de maximiser l'autonomie en mode électrique, mais quand même suffisamment élevée pour que la batterie soit dans sa plage de T° optimale vis-à-vis de la puissance électrique délivrable.

De même qu'en phase de post-refroidissement (à la différence qu'alors la batterie et le véhicule ne sont pas raccordés à une source d'énergie externe alors que c'est le cas ici), par des températures ambiantes extérieures faibles telles que les performances de la batterie chambrée à ces températures sont réduites par rapport à leur niveau à des températures batterie plus élevées, l'absence de refroidissement de la batterie après la recharge peut se justifier afin, la batterie étant alors stockée dans une ambiante thermique plus froide, de conserver à l'intérieur du pack batterie la chaleur utile pour le départ suivant du véhicule avec une batterie encore en température, la plus possible à même à 1 o fournir ses performances nominales. Cette stratégie vise aussi à économiser la mise en oeuvre d'un réchauffage a posteriori pour compenser le refroidissement qui aurait été opéré, et l'énergie électrique associée à ces opérations. Ainsi, à la condition énoncée ci-dessus sur la T°batt s'ajoute, comme condition d'entrée dans la phase de refroidissement de la batterie après sa recharge, une 15 condition sur la T°ambiante, telle que le post-refroidissement soit inhibée si T° ambiante < TEMP EXT RECH (valeur calibrable, pré-calibrée à 10°C). Dans le cas d'une recharge programmée, le calcul de l'heure de réveil des calculateurs mis en oeuvre dans ce processus de recharge, devra prendre 20 en compte le temps nécessaire au thermo-management de la batterie qu'il faudra alors entreprendre, en tenant compte que notamment la température de la batterie de traction et la température extérieure pourront avoir entretemps évolué. Préférentiellement, dans le cas d'une recharge immédiate, mais aussi dans le cas d'une recharge programmée, selon la puissance électrique 25 disponible depuis le réseau électrique domestique ou public extérieur et en fonction du besoin de thermorégulation de la batterie, le thermo-management nécessaire (refroidissement ou réchauffage) peut s'effectuer en même temps que le début de la recharge.

30 La Figure 8 représente l'état « gestion des défauts » du procédé selon la présente invention.

Dès l'apparition d'un défaut, le système de thermo-management de la batterie bascule dans l'état « Gestion des défauts » où, selon la nature du défaut, le système se positionne dans l'état « Défaut ... » associé et réalise les actions adéquates. Si alors un nouveau défaut apparaît, le système bascule dans l'état « Défauts cumulés ». La disparition de tous les défauts (dans l'état « Défauts cumulés ») ou du défaut concerné (dans l'état « Défaut ... ») autorise, comme explicité ci-avant, le retour à l'état d'origine alors connu par la fonction thermo-management de la batterie avant l'apparition du défaut.

Parmi les défauts pouvant être rencontrés par le système de thermomanagement de la batterie de traction, citons les suivants : - une perte de l'information température, possible même si de telles batteries comportent généralement plusieurs capteurs de T° des cellules, la défaillance de l'un des capteurs pouvant être compensée par l'information tirée des autres capteurs. Même si l'occurrence de perdre totalement l'information Tcbatt semble très faible (rupture de faisceaux électriques, ...), plutôt que de mettre la batterie en indisponibilité (plus de fourniture d'électricité) ou d'adopter une valeur de remplacement maximisant nécessairement le refroidissement de la batterie, la stratégie ici décrite prévoit d'estimer la T°batt réelle à partir notamment de la dernière T°batt connue, de la T°ambiante extérieure, du courant émis ou reçu par la batterie, du SOC, de l'état GMP et véhicule (ZEV, hybride), des paramètres connus (par exemple par modélisation intégrée) de la réfrigération de la batterie (le cas échéant : enthalpie en entrée de l'évaporateur batterie, pression en entrée et en sortie de l'évaporateur batterie selon le setting du détendeur de l'évaporateur batterie), de l'état d'origine alors connu par la fonction thermo-management avant l'apparition du défaut, et d'utiliser ce calcul en entrée des stratégies précédemment explicitées. - Une défaillance (panne, grippage, rupture faisceau de commande, relais collé) des actionneurs de réfrigération de la batterie : compresseur électrique, vannes on/off, GMV, volets d'obstruction des entrées d'air. Le diagnostic de ces actionneurs est requis par la fonction, ainsi que le retour, de la part du calculateur gérant la climatisation, que la consigne émise par la fonction a bien été prise en compte et appliquée. Dans ce cas et avec ces informations, le système de coordination du GMP pourra, en fonction de l'évolution de la température de la batterie, en réduire la sollicitation (afin qu'elle dégage moins de calories et ainsi de réduire le besoin de refroidissement) et redémarrer le moteur thermique (si préalablement en roulage tout électrique) pour ainsi assurer tout ou partie de la motricité par ce moteur. - Une défaillance des organes de réchauffage de la batterie. Le diagnostic de ces organes est requis par la fonction, ainsi que le retour que la consigne émise par la fonction a bien été prise en compte et appliquée. Une impossibilité de réchauffer la batterie se traduit par une perte de prestations (puissance électrique disponible à la batterie, réduite par rapport au niveau nominal). Par contre, un réchauffage permanent non souhaité, potentiellement plus grave pour la fiabilité et la durabilité de la batterie, peut être contrecarré par le système de réfrigération, à condition que la puissance de refroidissement soit alors supérieure à la somme de la puissance de réchauffage générée par le système de chauffage et la puissance thermique générée par effet Joule au sein des cellules. Pour y parvenir, la puissance de réchauffage installée est par conception inférieure à celle pouvant être mise en oeuvre par le système de réfrigération lorsque priorité est donnée, comme c'est le cas lorsqu'une telle défaillance est détectée, à la réfrigération de la batterie par rapport à celle de l'habitacle et d'autre part, il peut être requis que le système de coordination du GMP, en fonction de l'évolution de la température de la batterie, en réduise la sollicitation (afin qu'elle dégage moins de calories et ainsi de réduire le besoin de refroidissement) et redémarre le moteur thermique (si préalablement en roulage tout électrique) pour assurer tout ou partie de la motricité par ce moteur. - Une puissance électrique insuffisante ou absente pour assurer la réfrigération de la batterie (via la mise en action du compresseur électrique) se traduit par une élévation anormale de la température de la batterie. Par défaut celle-ci réduit électroniquement ses performances à partir d'un certain seuil (par ex si T°batt > 50°C) avant de se rendre indisponible (par ex si T°batt > 60°C). Sans attendre d'en arriver là, la fonction le détecte (via diagnostics et retour, de la part du calculateur gérant la climatisation, de l'état de la réfrigération de la batterie) et requiert le cas échéant et en fonction de l'évolution de la température de la batterie, que la sollicitation de la batterie soit réduite voire annulée via notamment le redémarrage du moteur thermique pour assurer par ce biais tout ou partie de la motricité du véhicule. - Un refroidissement excessif de la batterie sera contrecarré par la mise en boucle fermée de la stratégie sur la T° réelle de la batterie, rendant ainsi le dispositif auto-adaptatif. Ainsi si la T°batt redescend sous une valeur entre 25 à 30°C, la fonction requiert l'arrêt de la réfrigération de la batterie. - Une défaillance (fuite, colmatage, ...) des organes de refroidissement de la batterie : évaporateur, détendeur. Soit elle se traduit par un refroidissement 1 o excessif et on retrouve le cas de l'alinéa précédent, soit le refroidissement résultant est insuffisant ou absent et on retrouve les conditions de l'avant-dernier alinéa plus haut.

Même si la réfrigération de la batterie est davantage favorable aux 15 problématiques acoustiques que ne peuvent l'être d'autres dispositifs de thermorégulation (ex : ventilation par l'air habitacle), la transmission de bruits ou de vibrations au titre du thermo-management de la batterie n'en reste pas à surveiller : - bruits de GMV, notamment en cours de roulage ZEV si un besoin de 20 réfrigération de la batterie s'avère nécessaire : un pilotage du GMV par vitesse continûment variable et idéalement via un moteur brushless, permet de s'affranchir de cette problématique. - contraintes acoustiques en phase de post-refroidissement, de préconditionnement thermique ou recharge batterie, associées 25 principalement à l'enclenchement GMV en petite vitesse de rotation, alors que le véhicule est stationné ou au garage du domicile de l'utilisateur. - bruits de compresseur et d'actionnement des vannes on/off (ex : bruits de butée à butée) - bruits d'enclenchement et de régulation 30 - transmission de vibrations sur les traversées et fixations sur caisse ou sur les pièces en contact.

L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de régulation thermique par fluide réfrigérant d'une batterie haute tension de traction d'un véhicule hybride, ladite batterie comprenant une pluralité de cellules, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de détermination d'une phase de vie de ladite batterie parmi une pluralité de phases de vie ; - une étape de détermination d'un état thermique de ladite batterie parmi une pluralité d'états thermiques, en fonction de la température 1 o de ladite batterie ; et - une étape d'ajustement de la température de ladite batterie en fonction de ladite phase de vie et dudit état thermique déterminés, en fonction de gradients thermiques intra-cellules et inter-cellules, en fonction de la température d'environnement de la batterie et en 15 fonction de son endommagement.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites phases de vie sont choisies dans le groupe suivant : « Utilisation », « Gestion des défauts », « Hors utilisation » et « Diagnostic ».
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits états thermiques sont choisis dans le groupe suivant : « Batterie froide », « Batterie tiède » et « Batterie chaude ». 25
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de ladite batterie est mesurée toutes les 10 à 100 ms pour déterminer l'état thermique de ladite batterie.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 30 qu'il comporte en outre une étape de détermination des pertes thermiques de ladite batterie. 20
6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la détermination des pertes thermiques de ladite batterie est activée toutes les 10 à 100 ms.
7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite batterie est chauffée par des résistances électriques implantées en contact direct avec lesdites cellules de la batterie.
8. Ensemble de batterie pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des 1 o revendications 1 à 7.
9. Ensemble de batterie selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est implanté sous la caisse d'un véhicule et en proximité avec la ligne d'échappement dudit véhicule.
10. Véhicule hybride comportant un ensemble de batterie selon la revendication 8 ou 9. 15 20