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FR3148943A1 - Procédé de contrôle d’un système de gestion d’énergie électrique d’un véhicule - Google Patents

Procédé de contrôle d’un système de gestion d’énergie électrique d’un véhicule Download PDF

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FR3148943A1
FR3148943A1 FR2305219A FR2305219A FR3148943A1 FR 3148943 A1 FR3148943 A1 FR 3148943A1 FR 2305219 A FR2305219 A FR 2305219A FR 2305219 A FR2305219 A FR 2305219A FR 3148943 A1 FR3148943 A1 FR 3148943A1
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FR
France
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battery
electrical energy
vehicle
charging station
heat
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Pending
Application number
FR2305219A
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English (en)
Inventor
Bertrand Gessier
Rody EL-CHAMMAS
Quyen-Anh NGUYEN
Morane CHAUMETTE-ORDONEZ
Patricia Gardie
Wissem Nouainia
Roland Akiki
Laurie AMORIM
David FERNANDEZ-SANTOS
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Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
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Abstract

L’invention concerne un procédé de contrôle d’un système de gestion d’énergie électrique (70) d’un véhicule électrique (100), comportant :- une batterie (1) de stockage d’énergie électrique configurée pour fournir de l’énergie électrique à un moteur électrique (2) de propulsion du véhicule (100) et pour recevoir de l’énergie électrique d’une borne de recharge (40),- la batterie (1) étant configurée pour être parcourue par un courant électrique et s’échauffer lorsque la batterie (1) reçoit de l’énergie électrique du dispositif de charge (40),le procédé comprenant les étapes :(i) déterminer un besoin de chauffe de la batterie (1),(ii) déterminer une consigne (C) de quantité d’énergie électrique (E) à fournir à la batterie (1) pour que la batterie (1) reçoive une quantité de chaleur (Q) supérieure à une valeur minimale prédéterminée (Qmin),(iii) transmettre par une interface homme-machine (8) une proposition de recharger la batterie (1) de façon à fournir à la batterie (1) une quantité d’énergie électrique (E) égale à la consigne (C) déterminée. Figure de l’abrégé : Figure 3

Description

Procédé de contrôle d’un système de gestion d’énergie électrique d’un véhicule
La présente invention se rapporte au domaine de la gestion de l’énergie électrique dans les véhicules à propulsion électrique, ainsi qu’au domaine du conditionnement thermique des batteries des véhicules électriques.
La phase de recharge des batteries d’un véhicule électrique dégage de la chaleur, sous l’effet du passage dans du courant. Lors des charges rapides, sous des puissances électriques supérieures à 100 kilowatts, il est fréquent de refroidir la batterie afin d’éviter une surchauffe. La chaleur dissipée lors de la recharge de la batterie est dissipée dans l’air extérieur par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur et d’un échangeur de chaleur. Cette chaleur n’est donc pas utilisée pour le fonctionnement du véhicule, et contribue aux pertes thermiques du véhicule.
Par ailleurs, la puissance maximale qu’une batterie peut fournir lorsqu’elle est à basse température est inférieure à sa puissance maximale théorique. Lors des phases de fonctionnement du véhicule avec une forte demande de puissance, la puissance réellement fournie par la batterie à la chaine de propulsion peut être réduite par rapport à la puissance nominale. Pour éviter ce fonctionnement à puissance réduite, il est courant de chauffer la batterie avant le début du parcours ou pendant le parcours, afin que la température de la batterie soit suffisante pour lui permettre de délivrer sa puissance nominale ou une puissance proche de la puissance nominale, lorsque cette puissance nominale est sollicitée. Ces phases de chauffe de la batterie sont généralement réalisées par un chauffage électrique embarqué, qui utilise l’énergie de la batterie elle-même pour réchauffer celle-ci. Le besoin de réchauffer la batterie pénalise donc l’autonomie du véhicule.
Il existe donc un besoin d’optimiser la gestion de l’énergie électrique des batteries, afin de réduire la consommation énergétique des véhicules.
Résumé
A cette fin, il est proposé un procédé de contrôle d’un système de gestion d’énergie électrique d’un véhicule électrique,
le système de gestion d’énergie électrique comportant :
- une batterie de stockage d’énergie électrique configurée pour fournir de l’énergie électrique à un moteur électrique de propulsion du véhicule et pour recevoir de l’énergie électrique d’une borne de recharge,
la batterie étant configurée pour être parcourue par un courant électrique et pour s’échauffer lorsque la batterie reçoit de l’énergie électrique du dispositif de charge,
le procédé comprenant les étapes :
(i) déterminer un besoin de chauffe de la batterie,
(ii) déterminer une consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie pour que la batterie reçoive une quantité de chaleur supérieure à une valeur minimale prédéterminée,
(iii) transmettre par une interface homme-machine une proposition de recharger la batterie de façon à fournir à la batterie une quantité d’énergie électrique égale à la consigne déterminée.
Plutôt que de chauffer la batterie par exemple par un chauffage électrique dédié, il est possible de mettre à profit la chaleur dégagée par une phase de recharge de la batterie. La recharge de la batterie permet ainsi à la fois d’augmenter la quantité d’énergie électrique stockée par la batterie et de chauffer la batterie. Lorsqu’un chauffage de la batterie est nécessaire, l’énergie dissipée par la recharge de la batterie n’est pas perdue mais réutilisée. L’énergie nécessaire au conditionnement thermique de la batterie peut ainsi être minimisée.
Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
L’interface homme-machine est par exemple un écran tactile.
La proposition peut être validée par le conducteur ou un autre occupant du véhicule, c’est-à-dire acceptée.
La proposition peut être rejetée par le conducteur ou un autre occupant du véhicule, c’est-à-dire refusée.
Selon un aspect du procédé, le procédé comprend l’étape :
- recevoir une information de disponibilité d’une borne de recharge ayant une puissance électrique de charge supérieure à un seuil minimal prédéterminé,
et l’étape de transmission par l’interface homme-machine d’une proposition de recharger la batterie est réalisée seulement si l’information de disponibilité de la borne de recharge est reçue.
Il est proposé au conducteur de procéder à une recharge de la batterie afin de chauffer celle-ci seulement si une borne de recharge de puissance suffisante est disponible. En effet, si la ou les bornes de recharge disponibles ont une puissance insuffisante, le courant fourni à la batterie ne suffit pas à chauffer la batterie de manière suffisante.
Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, le seuil minimal prédéterminé de puissance électrique de la borne de recharge est égal à 43 kilowatts.
Cette valeur minimale de la puissance électrique fournie par la borne de recharge permet de garantir un échauffement suffisant de la batterie lors de l’opération de recharge.
Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, la valeur minimale prédéterminée de la quantité de chaleur à fournir à la batterie est égale à 1000 kilojoules.
La consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie est limitée à une valeur maximale prédéterminée.
Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, la consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie est limitée à une valeur maximale prédéterminée de façon à recharger la batterie jusqu’à un état de charge inférieur à un état de charge maximal de la batterie.
La valeur maximale prédéterminée de la consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie dépend d’un état de charge de la batterie.
La valeur maximale prédéterminée de la consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie peut être une quantité d’énergie électrique permettant d’atteindre un état de charge donné de la batterie.
Cet état de charge donné est par exemple 80% de l’état de charge maximal de la batterie. Ainsi, la batterie est chargée de façon à ne pas dépasser 80% de sa charge maximale.
La durée de recharge est ainsi nettement plus courte que lorsque la batterie est chargée jusqu’à sa capacité maximale. En effet, la durée nécessaire pour passer de 80% de charge à 100% de charge peut être sensiblement identique à la durée pour passer à 30% de charge à 80% de charge.
De plus, ne pas charger totalement la batterie donne l’opportunité d’effectuer à nouveau une recharge de la batterie pendant le trajet, de façon à récupérer à nouveau l’énergie dissipée par la recharge.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de sélection parmi un ensemble de bornes de recharge accessibles d’une borne de recharge ayant une puissance électrique de charge supérieure au seuil prédéterminé,
et la proposition transmise comprend une localisation géographique de la borne de recharge sélectionnée.
La proposition transmise peut comprendre une estimation d’un temps de trajet pour atteindre la borne de recharge sélectionnée.
La borne de recharge est choisie en fonction d’informations de localisation de chaque borne de recharge de l’ensemble de bornes de recharge accessibles.
La borne de recharge est choisie en fonction d’informations de puissance électrique fournie par chaque borne de recharge de l’ensemble de bornes de recharge accessibles.
La borne de recharge est choisie en fonction d’informations de localisation du véhicule par rapport à l’ensemble de bornes de recharge accessibles.
Le système de gestion d’énergie électrique comprend un système de guidage.
Le système de guidage peut être un système embarqué du véhicule.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé comprend les étapes :
- si la proposition de recharger la batterie est acceptée, transmettre par l’interface homme-machine des instructions de guidage vers la borne de recharge sélectionnée.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé comprend les étapes :
- si la proposition de recharger la batterie est refusée :
-- supprimer la proposition de l’interface homme-machine.
Si la proposition de recharge de la batterie est refusée par le conducteur, celui-ci est laissé libre de gérer les phases de recharge de la batterie à sa convenance.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé comprend les étapes :
- en absence de réponse à la proposition de recharger la batterie, itérer les étapes (i) à (iii) de façon à remettre à jour la proposition transmise.
Ainsi, si le conducteur ne répond pas à une proposition car il considère que celle-ci perturbe trop son trajet, une nouvelle proposition peut être émise ultérieurement, réactualisée en fonction de la position géographique du véhicule et en fonction de la position géographique des bornes de recharge disponibles.
Le procédé peut comprendre les étapes :
- (vi) déterminer une durée d’activation de la borne de charge permettant de fournir à la batterie une quantité d’énergie électrique égale à la consigne déterminée,
(vii) activer la borne de recharge pendant la durée d’activation déterminée de façon à fournir à la batterie une quantité d’énergie électrique égale à la consigne déterminée.
Le procédé peut comprendre les étapes :
(iv) recevoir une information de trajet du véhicule vers une prochaine borne de recharge,
(iv-2) déterminer une quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie pour atteindre la prochaine borne de recharge,
(v) si la quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie pour atteindre la prochaine borne de recharge est supérieure à la consigne déterminée à l’étape (ii), mettre à jour la consigne avec la quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie pour atteindre la prochaine borne de recharge.
Au moment de procéder à la recharge de la batterie, si la quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie afin d’exploiter les pertes thermiques générées par la recharge est insuffisante pour rejoindre la prochaine borne de recharge présente sur le parcours prévu, la consigne de charge à appliquer est mise à jour de façon à avoir suffisamment d’énergie électrique pour rejoindre la prochaine borne de recharge.
Le procédé peut comprendre les étapes :
- recevoir une information de trajet du véhicule vers un point d’arrivée prédéfini,
et la proposition de recharger la batterie comprend plusieurs phases de recharge de la batterie jusqu’au point d’arrivée prédéfini.
Pour un parcours donné, il peut être avantageux de fractionner la recharge de la batterie afin de procéder à plusieurs recharges et ainsi récupérer plusieurs fois les pertes thermiques générées par la recharge.
Selon un aspect du procédé, la batterie est couplée thermiquement à un échangeur de chaleur configuré pour fonctionner au moins en évaporateur de fluide réfrigérant.
La chaleur dissipée lors de la recharge de la batterie peut ainsi être récupérée par un échangeur de chaleur et transférée vers d’autres organes ou systèmes du véhicule.
Selon un mode de réalisation, la batterie est couplée thermiquement à l’échangeur de chaleur par l’intermédiaire d’un circuit de liquide caloporteur.
Un transfert thermique par un circuit de liquide caloporteur permet une bonne capacité calorifique.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes :
- déterminer une température du liquide caloporteur dans le circuit de liquide caloporteur,
- déterminer une consigne de température du liquide caloporteur dans le circuit de liquide caloporteur,
- déterminer la valeur de consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie à partir de la température déterminée du liquide caloporteur et à partir de la consigne déterminée de température du liquide caloporteur.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes :
- déterminer une quantité de chaleur à fournir à l’échangeur de chaleur,
- déterminer la valeur de consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie à partir de la quantité de chaleur déterminée.
La phase de recharge de la batterie est déterminée afin d’assurer les besoins thermiques de l’échangeur de chaleur. L’autonomie du véhicule n’est pas le seul facteur intervenant dans la gestion de la recharge.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé comprend les étapes :
- recevoir une information de trajet du véhicule vers un point d’arrivée prédéfini,
- déterminer une puissance électrique maximale à fournir par la batterie au cours du trajet,
- déterminer une température minimale de la batterie permettant de fournir la puissance électrique maximale déterminée,
- déterminer la valeur de consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie à partir de la température minimale déterminée.
La chauffe de la batterie lors de sa recharge peut permettre d’amener celle-ci à une température suffisante pour fournir toute sa puissance électrique, sans avoir à activer de dispositif de chauffage auxiliaire, ou en réduisant l’énergie à fournir par son activation. La consommation énergétique liée au conditionnement thermique de la batterie peut ainsi être réduite, ce qui augmente l’autonomie du véhicule.
A l’étape de détermination de la puissance électrique maximale Pmax à fournir par la batterie 1 au cours du trajet, la puissance électrique maximale Pmax est déterminée à partir des variations d’altitude le long du trajet et à partir d’une vitesse maximale du véhicule le long du trajet.
Le procédé peut comprendre les étapes :
- déterminer une température réelle de la batterie,
- déterminer la valeur de consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie à partir de la température minimale déterminée et à partir de la température réelle déterminée.
Le procédé peut comprendre l’étape :
- déterminer une position géographique pour laquelle la batterie fournit la puissance électrique maximale,
et à l’étape de sélection d’une borne de recharge, la borne de recharge est sélectionnée telle qu’une distance entre la borne de recharge sélectionnée et la position géographique pour laquelle la batterie fournit la puissance électrique maximale est inférieure à une distance maximale prédéterminée.
Par exemple, la borne de recharge sélectionnée est, parmi un sous-ensemble de bornes de recharge accessibles ayant une puissance électrique de charge supérieure au seuil prédéterminé, la borne de recharge la plus proche de la position géographique pour laquelle la batterie fournit la puissance électrique maximale.
La valeur maximale prédéterminée de la consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie dépend d’une distance à parcourir entre le point d’arrivée prédéfini et une position géographique de la borne de recharge sélectionnée.
La batterie est ainsi suffisamment rechargée pour permettre la chauffe souhaitée de la batterie, tout en permettant éventuellement de procéder à une recharge supplémentaire d’ici la fin du trajet vers le point d’arrivée prédéfini. La récupération des pertes thermiques générées par l’opération de recharge de la batterie peut ainsi être réalisée plusieurs fois sur un même trajet.
La divulgation concerne également un système de gestion d’énergie électrique d’un véhicule électrique, comportant :
- une batterie de stockage d’énergie électrique configurée pour fournir de l’énergie électrique à un moteur électrique de propulsion d’un véhicule et pour recevoir de l’énergie électrique d’une borne de recharge,
- une unité électronique de contrôle configurée pour mettre en œuvre un procédé tel que décrit précédemment.
Le système de gestion d’énergie électrique comprend un dispositif de détermination d’une énergie électrique disponible de la batterie.
Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comporte :
- un système de gestion d’énergie électrique,
- un circuit de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comportant :
-- un dispositif de compression,
-- un premier échangeur de chaleur couplé thermiquement avec la batterie, l’échangeur étant configuré pour fonctionner au moins en évaporateur de fluide réfrigérant.
Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le circuit de fluide réfrigérant comporte :
- un deuxième échangeur de chaleur couplé thermiquement avec un flux d’air intérieur au véhicule, le deuxième échangeur de chaleur étant configuré pour fonctionner au moins en refroidisseur de fluide réfrigérant.
Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, le circuit de fluide réfrigérant comporte un troisième échangeur de chaleur couplé thermiquement avec un flux d’air extérieur au véhicule. Le troisième échangeur de chaleur est configuré pour fonctionner au moins en évaporateur de fluide réfrigérant.
Le système de conditionnement thermique peut fonctionner selon un mode dit pompe à chaleur, dans lequel le flux d’air intérieur est chauffé au niveau du deuxième échangeur par le fluide réfrigérant à haute pression, et dans lequel l’évaporation du fluide réfrigérant à basse pression utilise la chaleur d’un flux d’air extérieur au niveau du troisième échangeur.
Ce mode de fonctionnement, avantageux pour limiter la consommation énergétique du chauffage de l’habitacle, peut être difficile à utiliser pendant une longue durée lorsque la température ambiante est négative ou proche de 0°C, car le troisième échangeur est susceptible de givrer.
Dans ces conditions, il est avantageux de faire fonctionner le système de conditionnement thermique selon un mode dit de récupération d’énergie, dans lequel la vaporisation du fluide réfrigérant à basse pression est réalisée au niveau du premier échangeur. La chaleur de vaporisation est fournie par le liquide caloporteur, qui n’est pas sujet au givre. Cependant, ce mode fonctionnement tend à refroidir la batterie, et doit donc être employé de manière limitée de façon à ne pas refroidir excessivement la batterie. En réchauffant la batterie grâce à la phase de recharge, il est possible de prolonger les phases de fonctionnement en mode de récupération d’énergie.
Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comprend un quatrième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule.
Selon un exemple de réalisation du système de conditionnement thermique, le circuit de fluide réfrigérant comporte :
- Une boucle principale comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
-- Un dispositif de compression,
-- Un échangeur de chaleur dit deuxième échangeur de chaleur, couplé thermiquement avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule,
-- Un premier dispositif de détente,
-- Un échangeur de chaleur dit premier échangeur de chaleur, couplé thermiquement avec la batterie de stockage d’énergie électrique,
- Une première branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du deuxième échangeur et en amont du premier dispositif de détente à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du dispositif de compression, la première branche de dérivation comportant successivement un deuxième dispositif de détente et un échangeur de chaleur, dit troisième échangeur de chaleur, configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à l’habitacle du véhicule,
- Une deuxième branche de dérivation reliant un troisième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier point de raccordement et en amont du premier dispositif de détente à un quatrième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du deuxième point de raccordement et en amont du compresseur, la deuxième branche de dérivation comportant successivement un troisième dispositif de détente et un quatrième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle,
- Une troisième branche de dérivation reliant un cinquième point de raccordement disposé sur la première branche de dérivation en aval du troisième échangeur et en amont du deuxième point de raccordement à un sixième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le troisième point de raccordement et le premier détendeur.
Le troisième point de raccordement peut être confondu avec le sixième point de raccordement.
Le deuxième point de raccordement peut être confondu avec le quatrième point de raccordement.
La boucle principale peut comprendre une première vanne d’arrêt disposée entre le premier point de raccordement et le troisième point de raccordement.
La première branche de dérivation peut comprendre une deuxième vanne d’arrêt disposée entre le premier point de raccordement et le cinquième point de raccordement.
La première branche de dérivation peut comprendre une troisième vanne d’arrêt disposée entre le cinquième point de raccordement et le deuxième point de raccordement.
La troisième branche de dérivation peut comprendre une vanne unidirectionnelle configurée pour interdire une circulation de fluide réfrigérant du sixième point de raccordement vers le cinquième point de raccordement et configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du cinquième point de raccordement vers le sixième point de raccordement.
Selon un mode de réalisation, la boucle principale comprend un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé en aval du quatrième point de raccordement et en amont du compresseur.
La divulgation se rapporte également à un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le système de gestion d’énergie électrique à mettre en œuvre le procédé décrit auparavant.
D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
est une vue schématique de côté d’un véhicule équipé d’un système de conditionnement thermique et un système de gestion d’énergie électrique sur lequel le procédé proposé est mis en œuvre,
est une vue schématique d’une unité électronique de contrôle pouvant mettre en œuvre le procédé proposé,
représente l’évolution temporelle de plusieurs paramètres illustrant le procédé de contrôle,
est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique sur lequel le procédé proposé est mis en œuvre,
est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la , fonctionnant selon un mode de fonctionnement dit «pompe à chaleur»,
est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la , fonctionnant selon un mode de fonctionnement dit « récupération d’énergie »,
est un schéma bloc du procédé de contrôle selon l’invention.
Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, ou paramètre par rapport à un autre et on peut interchanger les dénominations.
Dans la description qui suit, le terme " un premier élément en amont d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, d'un fluide. De manière analogue, le terme " un premier élément en aval d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, du fluide considéré. Dans le cas du circuit de fluide réfrigérant, le terme « un premier élément est en amont d’un deuxième élément » signifie que le fluide réfrigérant parcourt successivement le premier élément, puis le deuxième élément, sans passer par le dispositif de compression. Autrement dit, le fluide réfrigérant sort du dispositif de compression, traverse éventuellement ou plusieurs éléments, puis traverse le premier élément, puis le deuxième élément, puis regagne le dispositif de compression, éventuellement après avoir traversé d’autres éléments. Le terme « un deuxième élément est placé entre un premier élément et un troisième élément » signifie que le plus court trajet pour passer du premier élément au troisième élément passe par le deuxième élément.
Quand il est précisé qu'un sous-système comporte un élément donné, cela n'exclut pas la présence d'autres éléments dans ce sous-système.
On a représenté sur la un véhicule électrique 100. Le véhicule électrique 100 comprend une batterie 1 de stockage d’énergie électrique alimentant électriquement un moteur électrique 2 assurant la propulsion du véhicule. Un onduleur, non représenté, alimente le moteur électrique 2 en courant électrique. On entend par propulsion du véhicule le fait de déplacer le véhicule en fournissant une puissance mécanique à au moins une roue motrice, que ce soit par un système de transmission de puissance aux roues avant, aux roues arrière, ou à l’ensemble des roues du véhicule.
Le véhicule comporte un système de gestion d’énergie électrique 70 qui contrôle notamment les phases de recharge de la batterie 1.
Le système de gestion d’énergie électrique 70 comporte:
- une batterie 1 de stockage d’énergie électrique configurée pour fournir de l’énergie électrique à un moteur électrique 2 de propulsion d’un véhicule 100 et pour recevoir de l’énergie électrique d’une borne de recharge 40,
- une unité électronique de contrôle 50, comprenant par exemple au moins un calculateur, une mémoire et un programme d’ordinateur stocké dans la mémoire, et configurée pour mettre en œuvre le procédé de contrôle proposé, qui va être décrit ci-dessous.
Un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le système de gestion d’énergie électrique 70 à mettre en œuvre le procédé est stocké dans la mémoire de l’unité électronique de contrôle 50.
Le système de gestion d’énergie électrique 70 comprend un dispositif de détermination 4 d’une énergie électrique disponible E_D de la batterie 1.
L’énergie électrique disponible E_D de la batterie 1 peut être une quantité absolue. L’énergie électrique disponible E_D de la batterie 1 peut aussi être une quantité relative, c’est-à-dire exprimée en fraction ou en pourcentage d’une valeur maximale correspondant à la capacité maximale de la batterie 1.
La borne de recharge 40 est extérieure au véhicule. La borne de recharge peut être une borne de recharge dite haute puissance, aussi appelée borne de recharge rapide.
La borne haute puissance est connectée à un réseau électrique R. Le réseau électrique R peut alimenter un ensemble de bornes de recharge rapide faisant partie d’une station de recharge.
Le véhicule 100 comporte également un système de conditionnement thermique 60. Le système de conditionnement thermique 60 permet d’assurer une régulation thermique de plusieurs organes ou sous-système du véhicule.
L’architecture du système de conditionnement thermique 60 est représentée schématiquement à la .
Le système de conditionnement thermique 60 comporte :
- un système de gestion d’énergie électrique 70,
- un circuit de fluide réfrigérant 10 configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant 10 comportant :
-- un dispositif de compression 9,
-- un premier échangeur de chaleur 11 couplé thermiquement avec la batterie 1, l’échangeur 1 étant configuré pour fonctionner au moins en évaporateur de fluide réfrigérant.
Le circuit de fluide réfrigérant 10 comporte également :
- un deuxième échangeur de chaleur 12 couplé thermiquement avec un flux d’air intérieur Fi au véhicule, le deuxième échangeur de chaleur 12 étant configuré pour fonctionner au moins en refroidisseur de fluide réfrigérant.
On entend par le fait qu’un échangeur de chaleur peut fonctionner au moins en évaporateur de fluide réfrigérant, que cet échangeur fonctionne en évaporateur au moins dans certains modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique 60.
De la même manière, on entend par le fait qu’un échangeur de chaleur peut fonctionner au moins en refroidisseur de fluide réfrigérant que cet échangeur fonctionne en refroidisseur de fluide réfrigérant au moins dans certains modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique 60.
Le circuit de fluide réfrigérant 10 comporte un troisième échangeur de chaleur 13 couplé thermiquement avec un flux d’air extérieur Fe au véhicule. Le troisième échangeur de chaleur 13 est configuré pour fonctionner au moins en évaporateur de fluide réfrigérant.
Le troisième échangeur de chaleur 13 peut fonctionner en évaporateur dans certains modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique 60.
Le troisième échangeur de chaleur 13 peut aussi fonctionner en refroidisseur de fluide réfrigérant dans d’autres modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique 60.
Le système de conditionnement thermique 60 comprend un quatrième échangeur de chaleur 14 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air Fi intérieur à l’habitacle du véhicule.
Le fluide réfrigérant du circuit de fluide réfrigérant 10 est ici un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants peuvent aussi être employés, comme par exemple le R134a, ou le R744.
Une unité électronique de contrôle 50 reçoit des informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant en divers points du circuit. L’unité électronique de contrôle reçoit également des consignes émises par les occupants du véhicule, comme par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique de contrôle met en œuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 60 de façon à assurer les consignes reçues.
On entend par flux d’air intérieur Fi un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Ce flux d’air intérieur Fi peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, souvent désignée par le terme Anglais « HVAC » signifiant « Heating, Ventilating and Air Conditioning ». Cette installation n’a pas été représentée sur les différentes figures. Un groupe moto-ventilateur, non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air intérieur Fi.
On entend par flux d’air extérieur Fe un flux d’air qui n’est pas à destination de l’habitacle du véhicule. Autrement dit, ce flux d’air Fe reste à l’extérieur de l’habitacle du véhicule. Un autre groupe moto-ventilateur, également non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur Fe. Ce groupe moto-ventilateur est disposé par exemple dans la face avant du véhicule, c’est-à-dire derrière la calandre du véhicule.
Plus précisément, le circuit de fluide réfrigérant 10 comporte :
- Une boucle principale A comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant :
-- Un dispositif de compression 9,
-- Un échangeur de chaleur 12 dit deuxième échangeur de chaleur, couplé thermiquement avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule,
-- Un premier dispositif de détente 21,
-- Un échangeur de chaleur 11 dit premier échangeur de chaleur, couplé thermiquement avec la batterie 1 de stockage d’énergie électrique,
- Une première branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement C1 disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième échangeur 12 et en amont du premier dispositif de détente 21 à un deuxième point de raccordement C2 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur de chaleur 11 et en amont du dispositif de compression 9, la première branche de dérivation B comportant successivement un deuxième dispositif de détente 22 et un échangeur de chaleur 13, dit troisième échangeur de chaleur, configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur Fe à l’habitacle du véhicule,
- Une deuxième branche de dérivation C reliant un troisième point de raccordement C3 disposé sur la boucle principale A en aval du premier point de raccordement C1 et en amont du premier dispositif de détente 21 à un quatrième point de raccordement C4 disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième point de raccordement C2 et en amont du compresseur 9, la deuxième branche de dérivation C comportant successivement un troisième dispositif de détente 23 et un quatrième échangeur de chaleur 14 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle,
- Une troisième branche de dérivation D reliant un cinquième point de raccordement C5 disposé sur la première branche de dérivation B en aval du troisième échangeur 13 et en amont du deuxième point de raccordement C2 à un sixième point de raccordement C6 disposé sur la boucle principale A entre le troisième point de raccordement C3 et le premier détendeur 21.
Le troisième point de raccordement C3 peut être confondu avec le sixième point de raccordement C6.
Le deuxième point de raccordement C2 peut être confondu avec le quatrième point de raccordement C4.
La boucle principale A comprend une première vanne d’arrêt 27 disposée entre le premier point de raccordement C1 et le troisième point de raccordement C3.
La première branche de dérivation B comprend une deuxième vanne d’arrêt 28 disposée entre le premier point de raccordement C1 et le cinquième point de raccordement C5.
La première branche de dérivation B comprend une troisième vanne d’arrêt 29 disposée entre le cinquième point de raccordement C5 et le deuxième point de raccordement C2.
La première vanne d’arrêt 27, la deuxième vanne d’arrêt 28 et la troisième vanne d’arrêt 29 sont des vannes à commande électrique, autrement dit pouvant passer sélectivement d’une position d’ouverture à une position de fermeture, ou inversement, en réponse à une commande électrique.
La troisième branche de dérivation D comprend une vanne unidirectionnelle 26 configurée pour interdire une circulation de fluide réfrigérant du sixième point de raccordement C6 vers le cinquième point de raccordement C5 et configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du cinquième point de raccordement C5 vers le sixième point de raccordement C6.
La vanne unidirectionnelle 26 est ici un clapet anti-retour.
En variante, le clapet anti-retour peut être remplacé par une vanne à commande électrique.
Selon l’exemple illustré, la boucle principale A comprend un dispositif d’accumulation 16 de fluide réfrigérant disposé en aval du quatrième point de raccordement C4 et en amont du compresseur 9.
Selon des variantes de réalisation non illustrées, le dispositif d’accumulation 16 de fluide réfrigérant peut être disposé à un autre emplacement sur le circuit de fluide réfrigérant 10.
Chacun des dispositifs de détente 21, 22, 23 employés peut être un détendeur électronique ou un détendeur thermostatique. Dans le cas d’un détendeur électronique, la section de passage permettant de faire passer le fluide réfrigérant peut être ajustée de manière continue entre une position de fermeture et une position d’ouverture maximale. Pour cela, l’unité de contrôle du système pilote un moteur électrique qui déplace un obturateur mobile contrôlant la section de passage offerte au fluide réfrigérant. Pour une position donnée de l’obturateur mobile, on entend par section de passage l’aire d’une section transverse d’un conduit circulaire procurant le même débit, pour un même différentiel de pression entre l’entrée et la sortie du dispositif de détente.
Le dispositif de compression 9 peut être un compresseur électrique, c'est-à-dire un compresseur dont les pièces mobiles sont entrainées par un moteur électrique. Le dispositif de compression 9 comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée 9a du dispositif de compression, et un côté refoulement du fluide réfrigérant à haute pression, encore appelé sortie 9b du dispositif de compression 9. Les pièces mobiles internes du compresseur 9 font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée 9a à une haute pression côté sortie 9b. Après détente dans un ou plusieurs dispositifs de détente, le fluide réfrigérant sortant du compresseur 9 revient à l’entrée 9a du compresseur 9 et recommence un nouveau cycle thermodynamique.
Chaque point de raccordement C1 à C6 permet au fluide réfrigérant de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit se rejoignant à ce point de raccordement. La répartition du fluide réfrigérant entre les portions de circuit se rejoignant en un point de raccordement se fait en jouant sur l’ouverture ou la fermeture de la, ou des, vanne d’arrêt, clapet anti-retour ou dispositif de détente compris sur chacune des branches. Autrement dit, chaque point de raccordement est un moyen de redirection du fluide réfrigérant arrivant à ce point de raccordement.
La batterie 1 est couplée thermiquement à un échangeur de chaleur 11 configuré pour fonctionner au moins en évaporateur de fluide réfrigérant.
La chaleur dissipée lors de la recharge de la batterie 1 peut ainsi être récupérée par un échangeur de chaleur, puis transférée vers d’autres organes ou systèmes du véhicule par l’intermédiaire du fluide réfrigérant, notamment à la reprise du roulage du véhicule une fois que la recharge de la batterie est terminée.
Selon l’exemple illustré, la batterie 1 est couplée thermiquement à l’échangeur de chaleur 11 par l’intermédiaire d’un circuit 30 de liquide caloporteur.
Un transfert thermique par un circuit de liquide caloporteur permet une bonne capacité calorifique.
Autrement dit, la batterie 1 peut échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans le circuit de liquide caloporteur 30.
Une pompe, non représentée, permet de faire circuler le liquide caloporteur dans le circuit 30.
Les figures 5 et 6 illustrent schématiquement deux modes de fonctionnement du système de conditionnement thermique 60. Sur ces figures, les portions du circuit de fluide réfrigérant 10 qui sont parcourues par du fluide réfrigérant sont tracées en trait plein épais, et les portions dans lesquelles le fluide réfrigérant ne circule pas sont tracées en pointillés. Les échangeurs de chaleur ne participant pas aux échanges de chaleur, car non parcourus par du fluide réfrigérant, sont également schématisés par un trait en pointillés.
La illustre un fonctionnement du système de conditionnement thermique 60 selon un mode dit pompe à chaleur.
Dans ce mode de fonctionnement, le flux d’air intérieur Fi est chauffé au niveau du premier échangeur 11 par le fluide réfrigérant à haute pression, et l’évaporation du fluide réfrigérant à basse pression utilise la chaleur du flux d’air extérieur Fe au niveau du troisième échangeur 13.
Le fluide réfrigérant à haute température et haute pression en sortie du compresseur 9 cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi au niveau du premier échangeur 11. Puis le fluide réfrigérant est détendu en traversant le deuxième détendeur 22, et s’évapore dans le troisième échangeur 13 en recevant de la chaleur du flux d’air extérieur Fe. Le fluide réfrigérant emprunte ensuite la sortie 13b du troisième échangeur 13, rejoint le cinquième point de raccordement C5, traverse la troisième vanne 29 qui est en position ouverte, et regagne l’entrée 9a du compresseur 9. La première vanne d’arrêt 27 est fermée et interdit la circulation de fluide réfrigérant. De même, le premier détendeur 21 et le troisième détendeur 23 sont en position fermée et interdise la circulation de fluide réfrigérant.
Ce mode de fonctionnement, avantageux pour limiter la consommation énergétique du chauffage de l’habitacle, peut être difficile à utiliser pendant une longue durée lorsque la température ambiante est négative ou proche de 0°C, car le troisième échangeur 13 est susceptible de givrer.
Une fois l’échangeur 13 givré, il est avantageux de changer de mode de fonctionnement et de faire fonctionner le système de conditionnement thermique 60 selon un mode dit de récupération d’énergie, illustré à la .
Dans ce mode de fonctionnement, le flux d’air intérieur Fi est toujours chauffé au niveau du premier échangeur 11 par le fluide réfrigérant à haute pression, tandis que la vaporisation du fluide réfrigérant à basse pression est réalisée au niveau du deuxième échangeur 12. La chaleur de vaporisation du fluide réfrigérant est fournie par le liquide caloporteur du circuit 30, qui n’est pas sujet au givre. Cependant, ce mode fonctionnement tend à refroidir la batterie 1, et doit donc être employé de manière limitée dans le temps de façon à ne pas refroidir excessivement la batterie 1. En effet, la batterie 1 doit fonctionner à une température suffisante et ne doit pas descendre au-dessous d’une température minimale. Un fonctionnement selon le mode de récupération d’énergie est un exemple de mode de fonctionnement impliquant de réaliser une gestion thermique de la batterie.
Les phases de recharge de la batterie 1 peuvent contribuer à la gestion thermique de la batterie 1.
Il est ainsi proposé un procédé de contrôle d’un système de gestion d’énergie électrique 70 d’un véhicule électrique 100.
Le système de gestion d’énergie électrique 70 comporte:
- une batterie 1 de stockage d’énergie électrique configurée pour fournir de l’énergie électrique à un moteur électrique 2 de propulsion du véhicule 100 et pour recevoir de l’énergie électrique d’une borne de recharge 40,
la batterie 1 étant configurée pour être parcourue par un courant électrique et pour s’échauffer lorsque la batterie 1 reçoit de l’énergie électrique du dispositif de charge 40.
Le procédé proposé comprend les étapes :
(i) déterminer un besoin de chauffe de la batterie 1,
(ii) déterminer une consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 pour que la batterie 1 reçoive une quantité de chaleur Q supérieure à une valeur minimale prédéterminée Qmin,
(iii) transmettre par une interface homme-machine 8 une proposition de recharger la batterie 1 de façon à fournir à la batterie 1 une quantité d’énergie électrique E égale à la consigne C déterminée.
Plutôt que de chauffer la batterie 1 par exemple par un chauffage électrique dédié, il est possible de mettre à profit la chaleur dégagée par une phase de recharge de la batterie 1. La recharge de la batterie 1 permet ainsi à la fois d’augmenter la quantité d’énergie électrique stockée par la batterie 1 et de chauffer la batterie 1. Lorsqu’un chauffage de la batterie 1 est nécessaire, l’énergie thermique dissipée par la recharge de la batterie 1 n’est pas perdue mais réutilisée. L’énergie nécessaire au conditionnement thermique de la batterie 1 peut ainsi être minimisée.
La batterie 1 reçoit de l’énergie thermique lorsqu’elle reçoit de l’énergie électrique, en raison des pertes thermiques générées par la circulation du courant électrique.
L’interface homme-machine 8 est par exemple un écran tactile.
La proposition peut être validée par le conducteur ou un autre occupant du véhicule, c’est-à-dire acceptée.
La proposition peut être rejetée par le conducteur ou un autre occupant du véhicule, c’est-à-dire refusée.
Le conducteur confirme son choix d’accepter ou de refuser la proposition en touchant une zone de l’écran tactile correspondant à son choix.
Selon un aspect du procédé, le procédé comprend l’étape :
- recevoir une information de disponibilité d’une borne de recharge 40 ayant une puissance électrique de charge P supérieure à un seuil minimal prédéterminé Pmin,
et l’étape de transmission par l’interface homme-machine 8 d’une proposition de recharger la batterie 1 est réalisée seulement si l’information de disponibilité de la borne de recharge 40 est reçue.
Autrement dit, une proposition est faite au conducteur de procéder à une recharge de la batterie 1 afin de chauffer celle-ci seulement si une borne de recharge 40 ayant une puissance suffisante est disponible. En effet, si la ou les bornes de recharge disponibles ont une puissance insuffisante, le courant fourni à la batterie 1 ne suffit pas à chauffer celle-ci de manière suffisante. Il n’est donc pas utile de procéder à une recharge de la batterie 1 dans le but de la réchauffer.
Le seuil minimal prédéterminé Pmin de puissance électrique de la borne de recharge 40 est égal à 43 kilowatts (kW).
Cette valeur minimale de puissance électrique de la borne de recharge 40 permet de garantir un échauffement suffisant de la batterie 1 lors de l’opération de recharge, l’intensité du courant traversant la batterie générant alors suffisamment de pertes thermiques.
La valeur minimale prédéterminée Qmin de la quantité de chaleur Q à fournir à la batterie 1 est par exemple égale à 1000 kilojoules (kJ).
La consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 est limitée à une valeur maximale prédéterminée QEmax.
Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, la consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 est limitée à une valeur maximale prédéterminée QEmax de façon à recharger la batterie 1 jusqu’à un état de charge inférieur à un état de charge maximal de la batterie 1.
La valeur maximale prédéterminée QEmax de consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 dépend d’un état de charge de la batterie 1. Autrement dit ; la valeur maximale prédéterminée QEmax dépend de l’énergie électrique disponible E_D de la batterie 1 au moment où la recharge débute.
La valeur maximale prédéterminée QEmax de consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 peut être une quantité d’énergie électrique permettant d’atteindre un état de charge donné de la batterie 1.
Cet état de charge donné est par exemple 80% de l’état de charge maximal de la batterie 1. Ainsi, la batterie 1 est chargée de façon à ne pas dépasser 80% de sa charge maximale.
La durée de recharge est ainsi nettement plus courte que lorsque la batterie est chargée jusqu’à sa capacité maximale. En effet, la durée nécessaire pour passer de 80% de charge à 100% de charge peut être sensiblement identique à la durée pour passer à 30% de charge à 80% de charge. Il est ainsi avantageux de recharger par exemple d’un état de charge de 30% de charge jusqu’à un état de charge de 80% de charge plutôt que de recharger de 30% de charge jusqu’à l’état de charge maximal 100%.
De plus, ne pas recharger la batterie 1 jusqu’à son état de charge maximal donne l’opportunité d’effectuer à nouveau une recharge de la batterie au cours du même trajet, de façon à récupérer à nouveau l’énergie thermique dissipée au cours de la recharge.
Le procédé comprend une étape de sélection parmi un ensemble E de bornes de recharge 40 accessibles d’une borne de recharge 40-a ayant une puissance électrique de charge P supérieure au seuil prédéterminé Pmin.
La proposition transmise comprend une localisation géographique de la borne de recharge 40-a sélectionnée.
La proposition transmise peut comprendre une estimation d’un temps de trajet pour atteindre la borne de recharge 40-a sélectionnée.
La borne de recharge 40-a proposée est déterminée en fonction de plusieurs critères.
La borne de recharge 40-a est choisie en fonction d’informations de localisation de chaque borne de recharge de l’ensemble E de bornes de recharge accessibles.
La borne de recharge 40-a est choisie en fonction d’informations de puissance électrique fournie par chaque borne de recharge de l’ensemble E de bornes de recharge accessibles.
La borne de recharge 40-a est choisie en fonction d’informations de localisation du véhicule par rapport à l’ensemble E de bornes de recharge accessibles.
Le système de gestion d’énergie électrique 70 comprend un système de guidage 6.
Le système de guidage 6 peut être un système embarqué du véhicule 100.
Le procédé comprend les étapes :
- si la proposition de recharger la batterie 1 est acceptée, transmettre par l’interface homme-machine 8 des instructions de guidage vers la borne de recharge 40-a sélectionnée.
Le conducteur peut ainsi diriger le véhicule vers la borne de recharge 40-a sélectionnée et procéder à la recharge de la batterie 1 du véhicule.
Le procédé comprend les étapes :
- si la proposition de recharger la batterie 1 est refusée, supprimer la proposition de l’interface homme-machine 8.
Si la proposition de recharge de la batterie 1 est refusée par le conducteur, celui-ci est laissé libre de gérer les phases de recharge de la batterie à sa convenance.
Le procédé comprend les étapes :
- en absence de réponse à la proposition de recharger la batterie 1, itérer les étapes (i) à (iii) de façon à remettre à jour la proposition transmise.
Ainsi, si le conducteur ne répond pas à une proposition car il considère que celle-ci perturbe trop son trajet, une nouvelle proposition peut être émise ultérieurement. La nouvelle proposition est réactualisée en fonction de la position géographique réactualisée du véhicule et en fonction de la position géographique des bornes de recharge disponibles.
Le procédé peut comprendre les étapes :
- (vi) déterminer une durée d’activation Da de la borne de charge 40 permettant de fournir à la batterie 1 une quantité d’énergie électrique E égale à la consigne C déterminée,
(vii) activer la borne de recharge 40 pendant la durée d’activation Da déterminée de façon à fournir à la batterie 1 une quantité d’énergie électrique E égale à la consigne C déterminée.
L’activation de la borne de recharge 40 est réalisée une fois qu’une connexion du véhicule 100 à la borne de recharge 40 est détectée.
Le procédé peut comprendre les étapes :
(iv) recevoir une information de trajet du véhicule vers une prochaine borne de recharge,
(iv-2) déterminer une quantité d’énergie électrique Eb à fournir à la batterie 1 pour atteindre la prochaine borne de recharge,
(v) si la quantité d’énergie électrique Eb à fournir à la batterie 1 pour atteindre la prochaine borne de recharge est supérieure à la consigne C déterminée à l’étape (ii), mettre à jour la consigne C avec la quantité d’énergie électrique Eb à fournir à la batterie 1 pour atteindre la prochaine borne de recharge.
Dans le cas où la quantité d’énergie électrique Qmin à fournir à la batterie 1 dans le but d’exploiter les pertes thermiques générées par la recharge ne suffit pas à atteindre la prochaine borne de recharge présente sur le parcours prévu, la consigne de charge C est mise à jour, c’est-à-dire modifiée, de façon à avoir suffisamment d’énergie électrique pour rejoindre la prochaine borne de recharge prévue.
La détermination de la quantité d’énergie électrique Eb à fournir à la batterie 1 pour atteindre la prochaine borne de recharge du parcours peut prendre en compte un coefficient de sécurité. Le coefficient de sécurité vise à augmenter la quantité d’énergie fournie à la batterie 1 lors de sa recharge par rapport à une valeur minimum estimée, de façon à prendre en compte d’éventuels évènements imprévus sur le parcours susceptibles d’augmenter la consommation énergétique du véhicule.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes :
- déterminer une température TL du liquide caloporteur dans le circuit 30 de liquide caloporteur,
- déterminer une consigne C_TL de température du liquide caloporteur dans le circuit 30 de liquide caloporteur,
- déterminer la valeur de consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 à partir de la température déterminée TL du liquide caloporteur et à partir de la consigne déterminée C_TL de température du liquide caloporteur.
En variante ou de manière complémentaire, le procédé comprend les étapes :
- déterminer une quantité de chaleur Q à fournir à l’échangeur de chaleur 11,
- déterminer la valeur de consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 à partir de la quantité de chaleur Q déterminée.
La phase de recharge de la batterie 1 est déterminée afin d’assurer les besoins thermiques de l’échangeur de chaleur 11. L’autonomie du véhicule n’est pas le seul facteur intervenant dans la gestion de la recharge.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé comprend les étapes :
- recevoir une information de trajet du véhicule vers un point d’arrivée prédéfini A,
- déterminer une puissance électrique maximale Pmax à fournir par la batterie 1 au cours du trajet,
- déterminer une température minimale Tmin de la batterie 1 permettant de fournir la puissance électrique maximale Pmax déterminée,
- déterminer la valeur de consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 à partir de la température minimale Tmin déterminée.
Lorsque la température de la batterie est trop faible, celle-ci ne peut fournir sa puissance électrique nominale, et fournit seulement une puissance réduite.
La chauffe de la batterie 1 lors de sa recharge peut permettre d’amener celle-ci à une température suffisante pour lui permettre de fournir toute sa puissance électrique, sans avoir à activer de dispositif de chauffage auxiliaire, ou au moins en réduisant l’énergie que ce dispositif de chauffage auxiliaire doit fournir. La consommation énergétique liée au conditionnement thermique de la batterie 1 peut ainsi être réduite, ce qui augmente l’autonomie du véhicule.
Lorsque le véhicule ne dispose pas de dispositif de chauffage auxiliaire de la batterie, la chauffe de la batterie permet de disposer de la puissance nominale, ou au moins d’une puissance plus proche de la puissance nominale. Le fonctionnement du véhicule n’est ainsi pas affecté par les conditions ambiantes froides, ou au moins moins affecté.
A l’étape de détermination de la puissance électrique maximale Pmax à fournir par la batterie 1 au cours du trajet, la puissance électrique maximale Pmax est déterminée à partir des variations d’altitude le long du trajet et à partir d’une vitesse maximale du véhicule le long du trajet.
En effet, la pente du parcours et la vitesse probable du véhicule permettent d’estimer la puissance nécessaire à assurer les conditions de roulage prévues.
Cette estimation peut être majorée, afin de prendre en compte la masse des passagers et de leur chargement, ainsi que de possibles accélérations du véhicule, par exemple pour effectuer un dépassement.
Le procédé peut comprendre les étapes :
- déterminer une température réelle Tbat de la batterie 1,
- déterminer la valeur de consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 à partir de la température minimale Tmin déterminée et à partir de la température réelle Tbat déterminée.
Le procédé peut comprendre l’étape :
- déterminer une position géographique pour laquelle la batterie 1 fournit la puissance électrique maximale Pmax,
et à l’étape de sélection d’une borne de recharge, la borne de recharge 40a est sélectionnée telle qu’une distance entre la borne de recharge 40a sélectionnée et la position géographique Gm pour laquelle la batterie 1 fournit la puissance électrique maximale Pmax est inférieure à une distance maximale prédéterminée dmax.
La distance maximale prédéterminée dmax vaut par exemple 50 kilomètres.
La distance maximale prédéterminée dmax peut dépendre de la température ambiante.
La borne de recharge est sélectionnée de façon à ce que la batterie 1 n’ait pas le temps de refroidir significativement entre la fin de la chauffe provoquée par la recharge et le moment où une puissance électrique élevée va être utilisée.
Par exemple, la borne de recharge 40a sélectionnée est, parmi un sous-ensemble de bornes de recharge 40 accessibles ayant une puissance électrique de charge P supérieure au seuil prédéterminé Pmin, la borne de recharge la plus proche de la position géographique Gm pour laquelle la batterie 1 fournit la puissance électrique maximale Pmax.
La valeur maximale prédéterminée QEmax de consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 dépend d’une distance à parcourir entre le point d’arrivée prédéfini A et une position géographique de la borne de recharge sélectionnée 40-a.
Autrement dit, la quantité maximale QEmax d’énergie électrique transférée à la batterie 1 lors de la recharge dépend de la distance restant à parcourir jusqu’au point d’arrivée prédéfini A.
La batterie 1 est ainsi suffisamment rechargée pour permettre la chauffe souhaitée de la batterie, tout en permettant de procéder à une recharge supplémentaire d’ici la fin du trajet vers le point d’arrivée prédéfini A. La récupération des pertes thermiques générées par l’opération de recharge de la batterie 1 peut ainsi être réalisée plusieurs fois sur un même trajet.
Le procédé peut ainsi comprendre l’étape :
- recevoir une information de trajet du véhicule vers un point d’arrivée prédéfini A,
et la proposition de recharger la batterie 1 comprend plusieurs phases de recharge de la batterie 1 jusqu’au point d’arrivée prédéfini A.
Pour un parcours donné, il peut être avantageux de fractionner la recharge de la batterie 1 afin de procéder à plusieurs recharges et ainsi récupérer plusieurs fois les pertes thermiques générées par la recharge.
Par exemple, il peut être avantageux de fournir à la batterie 45 kW.h d’énergie électrique sous la forme de 3 recharges de 15 kW.h, plutôt que sous la forme d’une unique charge de 45 kW.h.
A l’étape (iii), la proposition transmise peut comprendre plusieurs recharges pour un même trajet, afin de maximiser la récupération d’énergie et optimiser la consommation énergétique du véhicule.
La illustre schématiquement l’évolution temporelle de l’état de charge et de la température de la batterie 1 lorsque le procédé proposé est mis en œuvre.
La courbe G1 correspond à l’évolution de l’état de charge de la batterie 1 en fonction du temps, c’est-à-dire l’énergie électrique disponible E_D.
La courbe G2 correspond à l’évolution de la température TL du liquide caloporteur dans le circuit 30 de liquide caloporteur, en fonction du temps.
La phase de fonctionnement illustrée correspond à un fonctionnement en mode de récupération d’énergie, tel qu’illustré à la .
A partir de l’instant t0, le véhicule circule, l’énergie disponible E_D de la batterie 1 diminue donc progressivement.
L’évaporation du fluide réfrigérant au niveau du premier échangeur 11 prélève de l’énergie du liquide caloporteur du circuit 30, ce qui tend à refroidir la batterie. La température de la batterie décroit donc.
A l’instant t1, la température TL représentative de la température de la batterie passe au-dessous d’une valeur seuil, et une proposition de recharger la batterie est faite au conducteur.
Dans l’exemple, le conducteur accepte la proposition et la valide. La recharge de la batterie débute à l’instant t2. La phase de fonctionnement allant de l’instant t1à l’instant t2correspond au délai pour valider la proposition de recharger la batterie et pour ensuite rejoindre la borne de recharge proposée.
La recharge de la batterie 1 dure jusqu’à l’instant t3et correspond à une durée d’activation Da1 de la borne de recharge. Entre l’instant t2et l’instant t3, l’énergie disponible de la batterie 1 augmente puisque la batterie reçoit de l’énergie électrique de la borne de recharge, et la température TL augmente en raison des pertes thermiques générées par le courant de charge.
A l’instant t3, la charge est terminée et le véhicule reprend son trajet, toujours selon le même de fonctionnement, dit de récupération d’énergie.
A nouveau, l’énergie disponible E_D diminue progressivement, et la température TL représentative de la température de la batterie diminue également.
A l’instant t4, la température de la batterie passe à nouveau au-dessous de la valeur seuil, et une nouvelle proposition de recharger la batterie est envoyée au conducteur. A nouveau, le conducteur accepte cette proposition et la valide.
Comme précédemment, la charge se déroule entre les instants t5et t6. La durée de charge correspond à une durée d’activation Da2 de la borne de recharge.
A l’instant t6, la charge est terminée et le véhicule recommence à circuler.
Selon cet exemple, plusieurs recharges sont effectuées sur un même trajet, afin de récupérer plusieurs fois l’énergie thermique générée par la recharge de la batterie. Selon l’exemple, la recharge effectuée à l’instant t2n’était pas nécessaire pour garantir l’autonomie du véhicule, l’énergie disponible à l’instant t1étant suffisante pour continuer le trajet.
Les recharges multiples au cours d’un même trajet permettent de réduire la consommation énergétique du véhicule, en maximisant la récupération des pertes thermiques de la batterie, sans nécessairement perturber le déroulement du trajet.
En effet, les phases de recharge peuvent correspondre à des pauses souhaitées par les passagers du véhicule.

Claims (15)

  1. Procédé de contrôle d’un système de gestion d’énergie électrique (70) d’un véhicule électrique (100),
    le système de gestion d’énergie électrique (70) comportant :
    - une batterie (1) de stockage d’énergie électrique configurée pour fournir de l’énergie électrique à un moteur électrique (2) de propulsion du véhicule (100) et pour recevoir de l’énergie électrique d’une borne de recharge (40),
    la batterie (1) étant configurée pour être parcourue par un courant électrique et pour s’échauffer lorsque la batterie (1) reçoit de l’énergie électrique du dispositif de charge (40),
    le procédé comportant les étapes :
    (i) déterminer un besoin de chauffe de la batterie (1),
    (ii) déterminer une consigne (C) de quantité d’énergie électrique (E) à fournir à la batterie (1) pour que la batterie (1) reçoive une quantité de chaleur (Q) supérieure à une valeur minimale prédéterminée (Qmin),
    (iii) transmettre par une interface homme-machine (8) une proposition de recharger la batterie (1) de façon à fournir à la batterie (1) une quantité d’énergie électrique (E) égale à la consigne (C) déterminée.
  2. Procédé selon la revendication 1, comportant l’étape :
    - recevoir une information de disponibilité d’une borne de recharge (40) ayant une puissance électrique de charge (P) supérieure à un seuil minimal prédéterminé (Pmin),
    dans lequel l’étape de transmission par l’interface homme-machine (8) d’une proposition de recharger la batterie (1) est réalisée seulement si l’information de disponibilité de la borne de recharge (40) est reçue.
  3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le seuil minimal prédéterminé (Pmin) de puissance électrique de la borne de recharge (40) est égal à 43 kilowatts.
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la consigne (C) de quantité d’énergie électrique (E) à fournir à la batterie (1) est limitée à une valeur maximale prédéterminée (QEmax) de façon à recharger la batterie (1) jusqu’à un état de charge inférieur à un état de charge maximal de la batterie (1).
  5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant une étape de sélection parmi un ensemble (E) de bornes de recharge (40) accessibles d’une borne de recharge (40-a) ayant une puissance électrique de charge (P) supérieure au seuil prédéterminé (Pmin),
    et dans lequel la proposition transmise comprend une localisation géographique de la borne de recharge (40-a) sélectionnée.
  6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la batterie (1) est couplée thermiquement à un échangeur de chaleur (11) configuré pour fonctionner au moins en évaporateur de fluide réfrigérant.
  7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la batterie (1) est couplée thermiquement à l’échangeur de chaleur (11) par l’intermédiaire d’un circuit (30) de liquide caloporteur.
  8. Procédé selon la revendication précédente, comprenant les étapes :
    - déterminer une température (TL) du liquide caloporteur dans le circuit (30) de liquide caloporteur,
    - déterminer une consigne (C_TL) de température du liquide caloporteur dans le circuit (30) de liquide caloporteur,
    - déterminer la valeur de consigne (C) de quantité d’énergie électrique (E) à fournir à la batterie (1) à partir de la température déterminée (TL) du liquide caloporteur et à partir de la consigne déterminée (C_TL) de température du liquide caloporteur.
  9. Procédé selon l’une des revendications 6 à 8, comprenant les étapes :
    - déterminer une quantité de chaleur (Q) à fournir à l’échangeur de chaleur (11),
    - déterminer la valeur de consigne (C) de quantité d’énergie électrique (E) à fournir à la batterie (1) à partir de la quantité de chaleur (Q) déterminée.
  10. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant les étapes :
    - recevoir une information de trajet du véhicule vers un point d’arrivée prédéfini (A),
    - déterminer une puissance électrique maximale (Pmax) à fournir par la batterie (1) au cours du trajet,
    - déterminer une température minimale (Tmin) de la batterie (1) permettant de fournir la puissance électrique maximale (Pmax) déterminée,
    - déterminer la valeur de consigne (C) de quantité d’énergie électrique (E) à fournir à la batterie (1) à partir de la température minimale (Tmin) déterminée.
  11. Procédé selon la revendication précédente, comprenant les étapes :
    - déterminer une température réelle (Tbat) de la batterie (1),
    - déterminer la valeur de consigne (C) de quantité d’énergie électrique (E) à fournir à la batterie (1) à partir de la température minimale (Tmin) déterminée et à partir de la température réelle (Tbat) déterminée.
  12. Procédé selon la revendication 10 ou 11 en combinaison avec la revendication 5, comprenant les étapes :
    - déterminer une position géographique (Gm) pour laquelle la batterie (1) fournit la puissance électrique maximale (Pmax),
    et dans lequel à l’étape de sélection d’une borne de recharge, la borne de recharge (40a) est sélectionnée telle qu’une distance entre la borne de recharge (40a) sélectionnée et la position géographique (Gm) pour laquelle la batterie (1) fournit la puissance électrique maximale (Pmax) est inférieure à une distance maximale prédéterminée (dmax).
  13. Système de gestion d’énergie électrique (70) d’un véhicule électrique (100), comportant :
    - une batterie (1) de stockage d’énergie électrique configurée pour fournir de l’énergie électrique à un moteur électrique (2) de propulsion d’un véhicule (100) et pour recevoir de l’énergie électrique d’une borne de recharge (40),
    - une unité électronique de contrôle (50) configurée pour mettre en œuvre un procédé selon l’une des revendications précédentes.
  14. Système de conditionnement thermique (60), comportant :
    - un système de gestion d’énergie électrique (70) selon la revendication précédente,
    - un circuit de fluide réfrigérant (10) configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant (10) comportant :
    -- un dispositif de compression (9),
    -- un premier échangeur de chaleur (11) couplé thermiquement avec la batterie (1), l’échangeur (1) étant configuré pour fonctionner au moins en évaporateur de fluide réfrigérant,
    - un deuxième échangeur de chaleur (12) couplé thermiquement avec un flux d’air intérieur (Fi) au véhicule, le deuxième échangeur de chaleur (12) étant configuré pour fonctionner au moins en refroidisseur de fluide réfrigérant.
    - un troisième échangeur de chaleur (13) couplé thermiquement avec un flux d’air extérieur (Fe) au véhicule, le troisième échangeur de chaleur (13) étant configuré pour fonctionner au moins en évaporateur de fluide réfrigérant.
  15. Programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le système de gestion d’énergie électrique (70) selon la revendication 13 à mettre en œuvre le procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 12.
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