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FR3044423A1 - Procede de calcul de reserve d’energie pour le demarrage du moteur thermique d’un vehicule hybride - Google Patents

Procede de calcul de reserve d’energie pour le demarrage du moteur thermique d’un vehicule hybride Download PDF

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FR3044423A1
FR3044423A1 FR1561406A FR1561406A FR3044423A1 FR 3044423 A1 FR3044423 A1 FR 3044423A1 FR 1561406 A FR1561406 A FR 1561406A FR 1561406 A FR1561406 A FR 1561406A FR 3044423 A1 FR3044423 A1 FR 3044423A1
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Christian Noiret
Nicolas Desmoineaux
Guillaume Anfray
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Stellantis Auto Sas Fr
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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Abstract

Procédé de calcul d'un niveau d'énergie minimum nécessaire pour le démarrage d'un moteur thermique (2) de traction d'un véhicule hybride dans des conditions climatiques variables, le véhicule comportant une motorisation auxiliaire (10) utilisant une énergie auxiliaire stockée dans un dispositif de stockage de cette énergie (8), et une machine (6) utilisant cette énergie pour démarrer le moteur thermique, le procédé étant remarquable en ce qu'il reçoit une information sur l'état de santé du dispositif de stockage de l'énergie auxiliaire (8), et une information sur la température extérieure, puis en ce qu'il calcule à partir de ces informations reçues le niveau d'énergie minimum à maintenir dans ce dispositif de stockage permettant d'assurer le démarrage du moteur thermique (2).

Description

PROCEDE DE CALCUL DE RÉSERVE D’ÉNERGIE POUR LE DÉMARRAGE DU MOTEUR THERMIQUE D’UN VÉHICULE HYBRIDE
La présente invention concerne un procédé de calcul d’un niveau d’énergie minimum nécessaire pour le démarrage du moteur thermique d’un véhicule hybride, ainsi qu’un véhicule hybride comportant des moyens mettant en oeuvre un tel procédé de calcul. D’une manière générale le véhicule hybride peut utiliser comme énergie auxiliaire l’énergie électrique, ou toute autre sorte d’énergie, comprenant notamment un fluide sous pression stocké dans des réservoirs.
Un type de véhicule automobile hybride électrique connu comporte un moteur thermique entraînant les roues motrices par une transmission mécanique, qui constitue la motorisation principale, et une motorisation électrique auxiliaire reliée à des batteries de stockage de l’énergie auxiliaire venant d’un réseau électrique basse tension, qui peut fonctionner en moteur en délivrant un couple additionnel aux roues, ou en générateur freinant le véhicule pour recharger ces batteries.
En particulier le moteur thermique peut entraîner les roues avant, et la motorisation électrique auxiliaire les roues arrière.
Ce type de véhicule hybride comporte de plus une machine électrique pouvant être couplée directement au moteur thermique, pour recharger les batteries de stockage de l’énergie basse tension en prélevant un couple sur ce moteur thermique.
Le réseau électrique basse tension, qui peut être de l’ordre de 200 à 300V, vient en complément du réseau de bord très basse tension qui est généralement en 12V.
Ces véhicules présentent différents modes de fonctionnement, comprenant un roulage uniquement avec le moteur thermique, un roulage entièrement électrique avec la motorisation auxiliaire, et un roulage hybride mettant en oeuvre les deux motorisations.
Ces véhicules présentent suivant le type de roulage, des arrêts et des redémarrages du moteur thermique qui peuvent être fréquents afin d’optimiser la consommation d’énergie. On prévoit généralement des organes de démarrage de ce moteur thermique pouvant effectuer environ 200 000 démarrages, alors que pour un véhicule conventionnel on prévoit environ 60 000 démarrages.
Pour le démarrage du moteur thermique, il est connu d’entraîner ce moteur à une vitesse minimum de démarrage, soit environ 500trs/mn, avec un démarreur dédié comprenant un moteur électrique à courant continu, entraînant un pignon qui est engagé dans la couronne du volant moteur par un solénoïde.
En particulier pour les nombreux démarrages d’un véhicule hybride, on utilise un démarreur renforcé qui permet d’effectuer le nombre de cycles demandé. Ce type de démarreur est utilisé aussi pour les véhicules équipés d’une fonction d’arrêt et de démarrage automatiques du moteur thermique après quelques secondes d’arrêt du véhicule, appelée aussi en langue anglaise « Stop-Start >>.
Toutefois cette technologie entraîne un bruit élevé causé notamment par l’engagement et le fonctionnement du pignon, ainsi que des vibrations importantes, qui sont d’autant plus gênants que le nombre de démarrages automatiques non demandés par le conducteur est important.
Il est connu aussi d’utiliser un démarreur renforcé à engagement amélioré, comprenant un embrayage interne permettant de réduire le couple transmis au pignon, ce qui diminue en particulier l’usure de ce pignon. Ce type de démarreur génère un bruit et des vibrations moins importants, mais qui sont quand même désagréables.
De plus ce type de démarreur donne un temps de démarrage assez long, et il faut obligatoirement obtenir l’arrêt complet du moteur thermique avant de le redémarrer.
Il est connu aussi d’utiliser un démarreur avec pré-engagement, comportant un logiciel de contrôle qui commande la mise en rotation du pignon avant de l’engager sur la couronne du volant moteur, afin de sensiblement synchroniser sa vitesse pour permettre un engagement sur une couronne en rotation. Le logiciel permet en particulier d’accélérer la vitesse d’engagement de ce pignon, et de contrôler la puissance transmise.
On obtient un temps de redémarrage plus court, et des bruits ainsi que des vibrations réduits, mais qui peuvent être quand même désagréables pour les passagers.
Il est connu aussi d’utiliser un alterno-démarreur relié en permanence au moteur thermique, généralement par une courroie, qui est un alternateur alimenté par un convertisseur du courant venant du réseau de bord, afin de le piloter en moteur électrique pour démarrer le moteur thermique. Toutefois ce type de fonction présente un coût important.
Par ailleurs pour un véhicule hybride comportant une machine reliée au moteur thermique, alimentée par le dispositif de stockage d’énergie auxiliaire, on peut utiliser cette machine pour le démarrage du moteur thermique, mais il se pose alors un problème de capacité du démarrage dans toutes les conditions de fonctionnement.
La capacité de démarrage dépend en particulier du niveau de charge du dispositif de stockage d’énergie, de son état de santé qui peut être caractérisé par son vieillissement, et de la température ambiante. Pour des températures très basses, par exemple de l’ordre de -30°C, le couple d’entraînement du moteur thermique augmente fortement, et la puissance délivrée par le dispositif de stockage d’énergie baisse généralement, ce qui peut rendre difficile l’obtention de la vitesse de rotation minimum pour le démarrage.
Dans le cas d’une énergie auxiliaire électrique, on contrôle en particulier le niveau de charge des batteries appelé aussi « SOC >> (abréviation des termes anglais « State of charge >>), et le niveau de vieillissement de ces batteries ou état de santé, appelé aussi « SOH >> (abréviation des termes anglais « State of health >>).
Pour améliorer la connaissance de l’état de batteries électriques, un procédé connu, présenté notamment par le document EP-B1-2267469, effectue un calcul de prévision de l’état des batteries, qui est corrélé par des mesures afin d’apporter des corrections sur les paramètres de calcul de cette prévision.
Toutefois ce procédé ne présente pas de méthode particulière permettant d’assurer le démarrage d’un moteur thermique dans les conditions difficiles présentées ci-dessus. De plus il est spécifique pour des moyens de stockage de l’énergie électrique, et n’est pas adapté pour des moyens de stockage d’autres types d’énergie.
La présente invention a notamment pour but de résoudre ces problèmes de l’art antérieur.
Elle propose à cet effet un procédé de calcul d’un niveau d’énergie minimum nécessaire pour le démarrage d’un moteur thermique de traction d’un véhicule hybride dans des conditions climatiques variables, le véhicule comportant une motorisation auxiliaire utilisant une énergie auxiliaire stockée dans un dispositif de stockage de cette énergie, et une machine utilisant cette énergie pour démarrer le moteur thermique, ce procédé étant remarquable en ce qu’il reçoit une information sur l’état de santé du dispositif de stockage de l’énergie auxiliaire, et une information sur la température extérieure, puis en ce qu’il calcule à partir de ces informations reçues le niveau d’énergie minimum à maintenir dans ce dispositif de stockage permettant d’assurer le démarrage du moteur thermique.
Un avantage de ce procédé de calcul du niveau d’énergie minimum à maintenir est qu’en fonction de l’évolution réelle de la température extérieure et du vieillissement constaté du dispositif de stockage d’énergie, il met à jour régulièrement le calcul du niveau d’énergie minimum pour assurer dans les conditions climatiques en cours le démarrage du moteur thermique.
On peut ainsi prévoir à la fin du roulage précédent, dans le dispositif de stockage un niveau d’énergie minimum à maintenir qui est au plus bas, et donc utiliser la plus grande capacité possible de ce dispositif pour optimiser le fonctionnement du véhicule et réduire sa consommation d’énergie.
En garantissant le démarrage du moteur thermique dans les conditions climatiques les plus difficiles, on peut alors prévoir la machine utilisant l’énergie auxiliaire comme unique démarreur du moteur thermique, ce qui permet de se passer du démarreur conventionnel prévu généralement pour ces moteurs. On réalise ainsi des gains sur l’encombrement, la masse et les coûts. De plus on améliore le confort en réduisant les bruits et les vibrations lors du démarrage du moteur thermique.
Le procédé de calcul du niveau d’énergie minimum selon l’invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.
Avantageusement, le procédé reçoit une information sur l’état de santé suivant des intervalles de temps, et calcule le niveau d’énergie minimum à partir de la dernière information reçue de l’état de santé.
Selon un premier mode de réalisation, le procédé reçoit une information sur la température extérieure instantanée suivant des intervalles de temps, et calcule le niveau d’énergie minimum à partir de la dernière information de température reçue. Ce mode de réalisation est simple et économique à mettre en oeuvre
Dans ce cas, les intervalles de temps pour recevoir l’information sur l’état de santé et la température extérieure instantanée peuvent être les mêmes.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé reçoit une information sur la température extérieure minimale qui est la température minimum obtenue pendant un intervalle de temps donné venant de s’écouler. Ce mode de réalisation permet de prendre en compte les variations récentes de température, notamment sur au moins une journée.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé reçoit une information sur la température extérieure minimale prévisionnelle pour un intervalle de temps donné qui va s’écouler, venant d’un appareil connecté capable de délivrer cette information. Ce mode de réalisation donne une meilleure prévision sur la température à venir.
En particulier l’appareil connecté peut comporter un téléphone intelligent du type « Smartphone >>, ou un navigateur de circulation comprenant une fonction intégrée de positionnement dans l’espace du type « GPS ».
Avantageusement, l’intervalle de temps donné venant de s’écouler ou qui va s’écouler, est au moins égal à vingt-quatre heures. L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile hybride utilisant une énergie auxiliaire contenue dans un dispositif de stockage de cette énergie, remarquable en ce qu’il comporte des moyens mettant en oeuvre un procédé de calcul d’un niveau d’énergie minimum comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.
Avantageusement, la machine utilisant l’énergie auxiliaire est l’unique moyen de démarrage du moteur thermique. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d’un véhicule hybride mettant en oeuvre un procédé de calcul selon l’invention ; - la figure 2 est un graphique présentant le fonctionnement d’un procédé selon l’invention ; et - les figures 3 et 4 sont des graphiques présentant le fonctionnement du procédé suivant deux variantes.
La figure 1 présente un véhicule hybride comportant un groupe motopropulseur 14 comprenant un moteur thermique 2, entraînant les roues avant du véhicule 4.
Une machine auxiliaire 6 alimentée par un dispositif de stockage d’énergie auxiliaire 8, est directement reliée au moteur thermique 2 pour réaliser un entraînement de cette machine utilisée en génératrice afin de recharger le dispositif de stockage. De plus la machine auxiliaire 6 utilisée en moteur avec un prélèvement d’énergie dans le dispositif de stockage d’énergie auxiliaire 8, constitue le seul moyen de démarrage du moteur thermique 2.
En particulier la liaison mécanique entre la machine auxiliaire 6 et le moteur thermique 2 peut être permanente. On a alors à la fois un faible niveau de bruit et de vibrations émises par cette liaison, et une absence de perte de temps pour l’établir, contrairement à ce qui se passe pour un démarreur conventionnel de moteur thermique comprenant un pignon s’engageant sur une couronne fixée sur le volant moteur.
Le dispositif de stockage d’énergie auxiliaire 8 est relié à une motorisation auxiliaire 10 entraînant les roues arrière du véhicule 12, pour fournir une traction électrique du véhicule, permettant notamment de réaliser quatre roues motrices dans le cas d’un fonctionnement hybride avec le moteur thermique 2 entraînant les roues avant 4, et pour récupérer une énergie auxiliaire lors des freinages en utilisant cette motorisation comme génératrice.
En particulier l’énergie auxiliaire peut être une énergie électrique basse tension, comprise entre 200 et 300V, stockée dans des batteries ou des condensateurs. On peut choisir notamment une tension de 220V qui est déjà utilisée sur ce type de véhicule. L’énergie auxiliaire peut comporter en variante toute autre forme d’énergie, comprenant par exemple un fluide sous pression stocké dans des réservoirs de pression.
Le dispositif de stockage d’énergie 8 est surveillé régulièrement par un procédé d’évaluation de son état de santé dépendant de son vieillissement, caractérisant sa capacité à stocker de l’énergie dans son état actuel.
En particulier les batteries de stockage d’énergie électrique présentent une durée de vie limitée, avec un vieillissement au cours de cette durée de vie dépendant fortement des caractéristiques de l’utilisation qui en a été faite. Pour les réservoirs de liquide sous pression, ils peuvent présenter en particulier un certain vieillissement dû à la perte progressive de la pression d’une réserve de gaz maintenue par une membrane.
De plus pour les basses températures, en particulier pour une température inférieure à -20 °C, notamment une tempéciture d’environ -30 °C, on a besoin d’un couple élevé pour entraîner et démarrer le moteur thermique 2, alors que le dispositif de stockage d’énergie 8 peut généralement délivrer une puissance qui a diminuée.
La figure 2 présente un procédé de calcul du niveau d’énergie minimum selon un premier mode de réalisation, comprenant une fonction de calcul 20 recevant suivant des intervalles de temps une information sur l’état de santé SOH du dispositif de stockage d’énergie auxiliaire, qui est délivrée par un logiciel de contrôle du fonctionnement de ce dispositif.
Ce type de contrôle est généralement présent pour les batteries de stockage d’énergie des véhicules hybrides électriques, afin de surveiller de manière régulière l’évolution de leur capacité, ce qui n’ajoute pas de coût pour cette fonction.
La fonction de calcul 20 reçoit de plus suivant des intervalles de temps une information sur la température extérieure instantanée T°inst.
On peut notamment effectuer des mesures périodiques de l’état de santé SOH et de la température extérieure instantanée T°inst, suivant les mêmes intervalles réguliers de temps définis par un nombre de minutes.
La fonction de calcul 20 établit suivant les dernières informations reçues sur l’état de santé SOH et de température extérieure instantanée T°inst, un décalage du niveau d’énergie minimum 22 à maintenir dans le dispositif de stockage d’énergie auxiliaire 8, afin de pouvoir avec cette énergie restante assurer le démarrage du moteur thermique 2.
En particulier dans le cas d’un froid important, par exemple de l’ordre de -30 °C, et suivant l’état de santé en cours du dispositif de stockage d’énergie 8, on dispose au minimum de l’énergie suffisante pour assurer le démarrage du moteur thermique 2, tout en permettant lors du cycle de roulage précédent un déchargement le plus important possible de ce dispositif de stockage afin d’optimiser la consommation pendant ce roulage.
La figure 3 présente un procédé de calcul du niveau d’énergie minimum selon un deuxième mode de réalisation, comprenant une fonction de calcul 20 recevant aussi de manière périodique une information sur l’état de santé SOH du dispositif de stockage d’énergie auxiliaire 8.
La fonction de calcul 20 reçoit de plus une information sur la température extérieure minimale T°min obtenue pendait un intervalle de temps donné qui vient de s’écouler. L’intervalle de temps donné pris en compte pour la mesure de la température minimum T°min peut être de plusieurs heures. En particulier il peut être d’au moins vingt-quatre heures pour prendre en compte la température de la nuit précédente, qui est généralement plus basse que pendant le jour.
La fonction de calcul 20 établit suivant la dernière information reçue sur l’état de santé SOH, et la température extérieure minimale T°min, un décalage du niveau d’énergie minimum 22 à maintenir dans le dispositif de stockage d’énergie 8.
On prend ainsi en compte avec la température extérieure minimale T°min pendant l’intervalle de temps qui vient de sécouler, une probabilité de froid qui peut intervenir prochainement dans le cas où les conditions climatiques se répètent. On peut prendre en compte en particulier une probabilité de température pour la nuit à venir.
La figure 4 présente un procédé de calcul du niveau d’énergie minimum selon un troisième mode de réalisation, comprenant une fonction de calcul 20 recevant aussi de manière périodique une information sur l’état de santé SOH du dispositif de stockage d’énergie auxiliaire 8.
La fonction de calcul 20 reçoit de plus une information sur la température extérieure minimale prévisionnelle T°pév pour un intervalle de temps donné qui va s’écouler, venant d’un appareil connecté 24 capable de délivrer cette information.
En particulier l’appareil connecté 24 peut être un téléphone du type « intelligent » appelé en langue anglaise « Smartphone », un navigateur de circulation comprenant une fonction intégrée de positionnement dans l’espace du type « GPS » (abréviation des termes anglais « Global positioning System »), ou tout autre système capable de recevoir des informations sur les conditions météorologiques prévisionnelles.
La fonction de calcul 20 établit suivant la dernière information reçue sur l’état de santé SOH, et la température extérieure minimale prévisionnelle T°prév, un décalage du niveau d’énergie minimum 22 à maintenir dans le dispositif de stockage d’énergie 8.
On prend ainsi en compte avec la température extérieure minimale prévisionnelle T°prév, la prévision de froid le plis bas pendant l’intervalle de temps donné qui va s’écouler. Avec un intervalle de temps donné au moins égal à vingt-quatre heures, on prend en compte en particulier la prévision de température de la nuit à venir. D’une manière générale le procédé de calcul suivant l’invention permet ainsi de suivre l’évolution de l’état de santé réel du dispositif de stockage d’énergie 8, et de certaines probabilités ou prévisions de température, pour ajuster le niveau d’énergie minimum 22 permettant d’assurer le démarrage du moteur thermique 2 dans les conditions climatiques à venir.
On notera que l’on peut établir une combinaison des modes de réalisation présentés ci-dessus, pondérés chacun par un coefficient suivant l’importance qu’on veut lui donner, pour obtenir un nouveau calcul du décalage du niveau d’énergie minimum 22 à maintenir dans le dispositif de stockage d’énergie 8, prenant en compte à la fois les trois critères de température de chacun de ces modes de réalisation.
On obtient ainsi avec le procédé suivant l’invention la possibilité d’utiliser la machine auxiliaire 6 comme unique système de démarrage du moteur thermique 2, grâce à la sécurisation de son approvisionnement en énergie par le dispositif de stockage d’énergie 8, ce qui permet d’éviter l’installation d’un démarreur conventionnel ou d’un alterno-démarreur.
On réduit ainsi la masse, l’encombrement et les coûts du véhicule, tout en améliorant le confort de démarrage donné par la machine auxiliaire 6 qui comporte généralement une puissance élevée, donnant un démarrage plus rapide, plus silencieux et générant moins de vibrations.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1 - Procédé de calcul d’un niveau d’énergie minimum (22) nécessaire pour le démarrage d’un moteur thermique (2) de traction d’un véhicule hybride dans des conditions climatiques variables, le véhicule comportant une motorisation auxiliaire (10) utilisant une énergie auxiliaire stockée dans un dispositif de stockage de cette énergie (8), et une machine (6) utilisant cette énergie pour démarrer le moteur thermique, caractérisé en ce qu’il reçoit une information sur l’état de santé (SOH) du dispositif de stockage de l’énergie auxiliaire (8), et une information sur la température extérieure (T°inst, T°min, T°prév), puis en ce qu’il calcule «partir de ces informations reçues le niveau d’énergie minimum (22) à maintenir dans ce dispositif de stockage permettant d’assurer le démarrage du moteur thermique (2).
  2. 2 - Procédé de calcul selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il reçoit une information sur l’état de santé (SOH) suivant des intervalles de temps, et calcule le niveau d’énergie minimum (22) à partir de la dernière information reçue de l’état de santé.
  3. 3 - Procédé de calcul selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il reçoit une information sur la température extérieure instantanée (T°inst) suivant des intervalles de temps, et calcule le niveau d’énergie minimum (22) à partir de la dernière information de température reçue.
  4. 4 - Procédé de calcul selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les intervalles de temps pour recevoir l’information sur l’état de santé (SOH) et la température extérieure instantanée (T°nst), sont les mêmes.
  5. 5 - Procédé de calcul selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il reçoit une information sur la température extérieure minimale (T°min) qui est la température minimum obtenue pendant un intervalle de temps donné venant de s’écouler.
  6. 6 - Procédé de calcul selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il reçoit une information sur la température extérieure minimale prévisionnelle (T°prév) pour un intervalle de temps donné qui va s’écouler, venant d’un appareil connecté (24) capable de délivrer cette information.
  7. 7 - Procédé de calcul selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’appareil connecté (24) comporte un téléphone intelligent du type « Smartphone >>, ou un navigateur de circulation comprenant une fonction intégrée de positionnement dans l’espace du type « GPS >>.
  8. 8 - Procédé de calcul selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l’intervalle de temps donné venant de s’écouler ou qui va s’écouler, est au moins égal à vingt-quatre heures.
  9. 9 - Véhicule automobile hybride utilisant une énergie auxiliaire contenue dans un dispositif de stockage de cette énergie (8), caractérisé en ce qu’il comporte des moyens mettant en oeuvre un procédé de calcul d’un niveau d’énergie minimum (22) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  10. 10 - Véhicule automobile hybride selon la revendication 9, caractérisé en ce que la machine utilisant l’énergie auxiliaire (6) est l’unique moyen de démarrage du moteur thermique (2).
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