WO2008107616A2 - Procede et systeme de surveillance de l'etat de charge et de conditionnement d'un organe de stockage d'energie electrique d'un vehicule - Google Patents

Procede et systeme de surveillance de l'etat de charge et de conditionnement d'un organe de stockage d'energie electrique d'un vehicule Download PDF

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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the patent FR 2751 145 proposes a solution to limit the discharge of the battery when the alternator can not provide the current necessary for the normal operation of the electrical network of the automobile.
  • a supercapacitor and a charge control system of the supercapacitor and the battery are used.
  • Switching means provide the interruption or establishment of the electrical connection between the supercapacitor and the battery depending on whether the battery is charging or discharging.
  • the method and the device described in this patent do not solve the problem of the self-discharge of the supercapacitor and the battery, in particular due to a prolonged stop of the vehicle.
  • Patent EP 1 013 506 discloses a control method of an onboard network for a motor vehicle which comprises a battery and a supercapacitor. A converter is used to charge the supercapacitor "while the motor vehicle rolls its momentum.”
  • the patent application EP 1403143 teaches to maintain the state of charge at a supercapacitor to restart the vehicle, for a period for example of the order of 24 hours. During this period, a continuous monitoring of the state of charge of the supercapacitor is operated. Beyond this period, the state of charge is no longer controlled and recharging is no longer systematically performed. On the other hand, when the restart of the vehicle becomes probable (for example following the unlocking of a door), the recharging of the supercapacitor is controlled. Here, the self-discharge compensation can compromise the vehicle restart.
  • the present invention proposes a solution to solve this problem.
  • the invention relates to a method of monitoring the state of charge and conditioning of a first electrical energy storage member of a motor vehicle comprising a second storage member of electrical energy and means for connecting the first member to the second member.
  • the charge level of the first member is periodically checked at predetermined time intervals when the vehicle is stopped, and the connection means is controlled to recharge the first member with the second member when said charge level. is less than or equal to a predetermined load level.
  • control of the charge level of the first member is advantageously stopped after a predetermined number of checks.
  • the charge level of the second member is compared to a predetermined low threshold level and the periodic control of the charge level of the first member is interrupted if the charge level of the second member is lower than the low threshold level. .
  • the invention also relates to a system for monitoring the state of charge and conditioning of a first electrical energy storage member of a motor vehicle comprising a second member storage of electrical energy, means for connecting the first member to the second member for transferring electrical energy between said members, an electric machine powered by the first member and means for controlling the connection means.
  • the system comprises means for comparing the state of charge of the first member with a predetermined threshold, said comparison means operating periodically at predetermined time intervals when the engine of the vehicle is stopped.
  • FIG. 2 illustrates the successive steps of the method of monitoring and conditioning an electrical energy storage member while the ignition is off and without having received an annunciator signal for starting the engine
  • the first member 12 is preferably an electrical power storage member, for example a supercapacitor or a battery, capable of supplying the machine 10 with a high intensity current in a short period of time (in other words , a high electric power), which makes it easier to start the engine.
  • the second member 14 may be for example a conventional battery (usually 12VoItS), generally less sensitive to self discharge than a supercapacitor, the battery constituting a large and durable reserve of electrical energy.
  • the system is in an initial state A, engine stopped, and goes into a waiting state B in which the load state EDC (P) of the power store is periodically compared in the computer 18 to a predetermined low load state EDC (arrow 22), which is fixed to allow easy starting of the engine with the aid of the power storage member 12.
  • EDC load state
  • arrow 22 predetermined low load state
  • the monitoring method may however stop, the system going from state B to a state D (arrow 28) of inaction of the computer 18, if the number of checks of the value of the state of charge EDC (P ) of the power storage device is greater than or equal to a predetermined number. In other words, for EDC (P)> EDC (low), the system goes from state B to state D after a predetermined monitoring time.
  • the system may also transition from state C to state D (arrow 30) if the level of charge EDC (E) of the energy storage member 14 is less than or equal to a predetermined energy threshold EDC (E, threshold).
  • This energy level threshold corresponds to a charge level of the energy store 14 insufficient to ensure the raising of the level of the power unit 12 and the correct operation of the electrical consumers powered by the member 14.
  • the method and system described can be used especially in a "Stop & Start” device, for which the vehicle engine stops and restarts automatically when the vehicle is stopped.
  • the first energy storage member is then advantageously a supercapacitor forming part of the "Stop & Start” device.

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un système de surveillance de l'état de charge et de conditionnement d'un premier organe (12) de stockage d'énergie électrique d'un véhicule à moteur comprenant un deuxième organe (14) de stockage d'énergie électrique et des moyens de connexion (16) du premier organe au deuxième organe. Selon le procédé, le niveau de charge (EDC(P)) du premier organe est contrôlé lorsque le moteur du véhicule est arrêté, et les moyens de connexion (16) sont commandés afin de recharger périodiquement à intervalle de temps prédéterminés le premier organe (12) à l'aide du deuxième organe (14) lorsque ledit niveau de charge est inférieur ou égal à un niveau de charge prédéterminé (EDC(bas)).

Description

Procédé et système de surveillance de l'état de charge et de conditionnement d'un organe de stockage d'énergie électrique d'un véhicule
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française 0753007 déposée le 01/02/2007 dont le contenu (description, revendications et dessins) est incorporé ici par référence.
[0002] La présente invention concerne un procédé et un système de surveillance de l'état de charge et de conditionnement d'un organe de stockage d'énergie électrique, par exemple un supercondensateur, d'un véhicule à moteur thermique qui comporte, en outre, un autre organe de stockage d'énergie électrique, par exemple une batterie. L'un des deux organes est utilisé pour démarrer le moteur thermique.
[0003] Dans certains types de véhicules automobiles, comme par exemple les véhicules hybrides (à moteurs thermique et électrique), ou pour certaines applications, comme par exemple la fonction Stop & Start, il est intéressant de disposer d'une source d'énergie électrique supplémentaire (en plus de la batterie classique généralement de 12 Volts). Lorsque cette source d'énergie supplémentaire est utilisée pour le démarrage du moteur thermique, elle doit fournir une énergie électrique importante dans un court laps de temps. En d'autres termes, cette source d'énergie doit stocker une puissance électrique importante. A cette fin, on peut utiliser des supercondensateurs ou des batteries typées puissances.
[0004] Un inconvénient important de ces organes de puissance électrique, notamment des supercondensateurs, provient du fait que leur charge électrique tend à diminuer dans le temps, par autodécharge. On peut ainsi rencontrer de sérieuses difficultés à mettre en marche le moteur thermique lors d'une immobilisation prolongée du véhicule, lorsque l'état de charge de l'organe de puissance est trop faible (le couple de démarrage, qui dépend directement de l'état de charge, est alors trop faible).
[ooo5] Le brevet FR 2751 145 propose une solution pour limiter la décharge de la batterie quand l'alternateur ne peut pas fournir le courant nécessaire au fonctionnement normal du réseau électrique de l'automobile. A cette fin, un supercondensateur et un système de contrôle de la charge du supercondensateur et de la batterie sont utilisés. Des moyens de commutation assurent l'interruption ou l'établissement de la liaison électrique entre le supercondensateur et la batterie selon que la batterie se charge ou se décharge. Le procédé et le dispositif décrits dans ce brevet ne permettent pas de résoudre le problème de l'autodécharge du supercondensateur et de la batterie, notamment dû à un arrêt prolongé du véhicule.
[0006] Le brevet EP 1 013 506 décrit un procédé de commande d'un réseau de bord pour véhicule automobile qui comprend une batterie et un supercondensateur. Un convertisseur permet de charger le supercondensateur « pendant que le véhicule automobile roule sur sa lancée ».
[0007] La demande de brevet EP 1403143 enseigne de maintenir l'état de charge à un niveau du supercondensateur permettant de redémarrer le véhicule, pendant une période par exemple de l'ordre de 24 heures. Pendant cette période, une surveillance continue de l'état de charge du supercondensateur est opérée. Au-delà de cette période, l'état de charge n'est plus contrôlé et la recharge n'est donc plus systématiquement opérée. Par contre, lorsque le redémarrage du véhicule devient probable (par exemple suite au déverrouillage d'une porte), la recharge du supercondensateur est commandée. Ici, la compensation de l'autodécharge peut compromettre le redémarrage du véhicule. [0008] La présente invention propose une solution pour résoudre ce problème.
[0009] De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de surveillance de l'état de charge et de conditionnement d'un premier organe de stockage d'énergie électrique d'un véhicule à moteur comprenant un deuxième organe de stockage d'énergie électrique et des moyens de connexion du premier organe au deuxième organe. Selon le procédé, le niveau de charge du premier organe est contrôlé périodiquement à intervalles de temps prédéterminés lorsque le véhicule est arrêté, et les moyens de connexion sont commandés afin de recharger le premier organe à l'aide du deuxième organe lorsque ledit niveau de charge est inférieur ou égal à un niveau de charge prédéterminé.
[ooio] Les moyens de contrôle ne sont donc selon l'invention qu'activés à des intervalles de temps prédéfinis, ce qui évite de décharger un des stockeurs d'énergie simplement pour ces moyens de contrôle.
[0011] Avantageusement, le contrôle du niveau de charge du premier organe est avantageusement arrêté au bout d'un nombre prédéterminé de contrôles.
[0012] De préférence, le niveau de charge du deuxième organe est comparé à un niveau de seuil bas prédéterminé et le contrôle périodique du niveau de charge du premier organe est interrompu si le niveau de charge du deuxième organe est inférieur au niveau de seuil bas.
[0013] L'invention concerne également un système de surveillance de l'état de charge et de conditionnement d'un premier organe de stockage d'énergie électrique d'un véhicule à moteur comprenant un deuxième organe de stockage d'énergie électrique, des moyens de connexion du premier organe au deuxième organe permettant de transférer de l'énergie électrique entre lesdits organes, une machine électrique alimentée par le premier organe et des moyens de commande des moyens de connexion. Selon l'invention, le système comporte des moyens de comparaison de l'état de charge du premier organe à un seuil prédéterminé, lesdits moyens de comparaison fonctionnant périodiquement à intervalles de temps prédéterminés lorsque le moteur du véhicule est arrêté.
[0014] A titre d'exemple, le premier organe de stockage peut être un supercondensateur ou une batterie, le deuxième organe de stockage peut être une batterie, la machine électrique peut être un alternateur réversible ou un alternateur classique associé à un démarreur et les moyens de connexion peuvent être constitués d'un convertisseur ou d'un contacteur connectant en parallèle les organes de stockage.
[0015] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés et sur lesquels :
• la figure 1 montre schématiquement l'architecture du système,
• la figure 2 illustre les étapes successives du procédé de surveillance et de conditionnement d'un organe de stockage d'énergie électrique alors que le contact est coupé et sans avoir reçu un signal annonciateur de démarrage du moteur, et
[0016] Sur la figure 1 , un véhicule automobile (non représenté) muni d'un moteur thermique, et éventuellement d'un moteur électrique dans le cas d'un véhicule hybride, est équipé d'un système comportant une machine électrique 10, par exemple un alternateur conventionnel associé à un démarreur ou un alternateur réversible (faisant fonction de démarreur par entraînement du vilebrequin du moteur thermique lorsque l'alternateur est alimenté en courant électrique). Un premier organe 12 de stockage d'énergie électrique est connecté à la machine électrique 10 de façon à lui fournir du courant électrique. Un deuxième organe 14 de stockage d'énergie électrique est connecté à des consommateurs d'électricité 20, tels que par exemple les phares ou les essuie-glaces.
[0017] Le premier organe 12 est de préférence un organe de stockage de puissance électrique, par exemple un supercondensateur ou une batterie, capable de fournir à la machine 10 un courant de forte intensité dans un court laps de temps (en d'autres termes, une forte puissance électrique), ce qui permet de démarrer plus facilement le moteur thermique. Le deuxième organe 14 peut être par exemple une batterie classique (habituellement de 12VoItS), généralement moins sensible à l'autodécharge qu'un supercondensateur, la batterie constituant une réserve d'énergie électrique importante et pérenne.
[0018] Des moyens de connexion 16 des deux organes 12 et 14 permettent de transférer de l'énergie électrique entre ces deux organes. Les moyens de connexion 16 peuvent être, par exemple, un contacteur pouvant connecter en parallèle les deux organes 12 et 14, ou un convertisseur DC/DC lorsque la tension au bornes du premier organe (par exemple 20 Volts pour un supercondensateur) est plus élevée que la tension aux bornes du deuxième organe (par exemple 12 Volts pour une batterie classique). Les moyens de connexion 16 peuvent être commandés à l'aide d'un calculateur 18 qui peut être un calculateur initialement prévu dans le véhicule ou être un calculateur dédié, ce qui est préférable car il consomme moins d'énergie qu'un calculateur non dédié (ce qui est important puisque le calculateur doit rester en veille alors que le véhicule est immobilisé ou se réveiller périodiquement). Le calculateur permet notamment de comparer les états de charges et/ou les tensions électriques fournis par les organes de stockage d'énergie, entre eux ou avec des seuils prédéterminés, comme expliqué ci-après.
[0019] La figure 2 est un graphe des différents états que peut prendre le système et illustre un mode de mise en œuvre du procédé. Le procédé consiste ici, pendant le temps d'inutilisation du véhicule, à surveiller l'état ou niveau de charge de l'organe de stockage de puissance 12 et à le conditionner/recharger si son état ou niveau de charge est trop faible pour démarrer le moteur.
[0020] Au départ, le système est dans un état initial A, moteur arrêté, et passe dans un état d'attente B dans lequel l'état de charge EDC(P) du stockeur de puissances est périodiquement comparé dans le calculateur 18 à un état de charge bas EDC(bas) prédéterminé (flèche 22), lequel est fixé pour permettre un démarrage aisé du moteur thermique à l'aide de l'organe de stockage de puissance 12. Par démarrage aisé, il peut être entendu un niveau de charge supérieur au niveau nécessaire pour un démarrage en utilisant le stockeur de puissance comme source d'énergie - ou un niveau éventuellement inférieur à ce niveau, mais qui va néanmoins suffire pour raccourcir la durée de la charge du stockeur de puissance, au moment d'une commande de redémarrage, de sorte que cette recharge ne constitue plus un « temps mort » qui nuit à l'agrément des usagers du véhicule.
[0021] Tant que EDC(P) est supérieur au seuil d'état d'énergie EDC(bas), le stockeur de puissance 12 n'a pas besoin d'être rechargé et le système reste donc dans l'état d'attente B.
[0022] Quand EDC(P) devient inférieur ou égal à EDC(bas), le stockeur de puissance 12 est rechargé ou conditionné. Le système passe dans l'état C (qui peut être un convertisseur DC/DC) dans lequel l'ordinateur 18 commande aux moyens de connexion 16 de connecter en parallèle les organes de stockage 12 et 14 de façon à transférer de l'énergie de l'organe 14 vers l'organe 12 (flèche 26), jusqu'à ce que EDC(P) atteigne une valeur haute prédéterminée EDC(haut), cette valeur étant supérieure ou égale à EDC(bas).
[0023] Lorsque la charge de l'organe 12 atteint la valeur EDC(haut), le système retourne dans l'état d'attente B (flèche 24). Le procédé de surveillance peut cependant s'arrêter, le système passant de l'état B à un état D (flèche 28) d'inaction du calculateur 18, si le nombre de contrôles de la valeur de l'état de charge EDC(P) de l'organe de stockage de puissance est supérieure ou égale à un nombre prédéterminé. En d'autres termes, pour EDC(P) > EDC(bas), le système passe de l'état B à l'état D au bout d'un temps prédéterminé de surveillance. Le système peut aussi passer de l'état C à l'état D (flèche 30) si le niveau de charge EDC(E) de l'organe de stockage d'énergie 14 est inférieur ou égal à un seuil d'énergie prédéterminé EDC(E, seuil). Ce seuil de niveau d'énergie correspond à un niveau de charge du stockeur d'énergie 14 insuffisant pour assurer le rehaussement du niveau de l'organe de puissance 12 et le fonctionnement correct des consommateurs électriques alimentés par l'organe 14.
[0024] L'état de charge minimal acceptable du stockeur d'énergie (EDC(E , min) et le seuil de l'état de charge du stockeur de puissance peuvent être choisis variables en fonction de la température extérieure.
[0025] Le procédé et le système décrits peuvent être utilisés tout particulièrement dans un dispositif « Stop & Start », pour lequel le moteur du véhicule s'arrête et redémarre automatiquement lorsque le véhicule est à l'arrêt. Le premier organe de stockage d'énergie est alors avantageusement un supercondensateur faisant partie du dispositif « Stop & Start ».
[0026] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Les exemples indiqués précédemment indiquent la recharge de l'organe de stockage de puissance 12 par l'organe de stockage d'énergie : il est évident que le procédé décrit pourrait aisément s'appliquer au conditionnement de l'organe de stockage d'énergie 14 par l'organe de stockage de puissance 12. De plus, l'organe de stockage de puissance 12 pourrait être un organe de stockage d'énergie, de même que l'organe de stockage d'énergie 14 pourrait être un organe de stockage de puissance.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de surveillance de l'état de charge et de conditionnement d'un premier organe (12) de stockage d'énergie électrique d'un véhicule à moteur comprenant un deuxième organe (14) de stockage d'énergie électrique et des moyens de connexion (16) du premier organe au deuxième organe, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste, périodiquement à intervalles de temps prédéterminés, à contrôler le niveau de charge (EDC(P)) du premier organe lorsque le moteur du véhicule est arrêté, et à commander les moyens de connexion (16) afin de recharger le premier organe (12) à l'aide du deuxième organe (14) lorsque ledit niveau de charge est inférieur ou égal à un niveau de charge prédéterminé (EDC(bas)).
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le contrôle du niveau de charge (EDC(P)) du premier organe est arrêté au bout d'un nombre de contrôles prédéterminé.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le niveau de charge (EDC(E)) du deuxième organe (14) est comparé à un niveau de seuil bas prédéterminé (EDC(E, seuil)) et en ce que le contrôle périodique du niveau de charge du premier organe est interrompu si le niveau de charge (EDC(E)) du deuxième organe est inférieur audit niveau de seuil bas (EDC(E, seuil)).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit niveau de seuil bas (EDC(E, seuil)) est choisi variable en fonction de la température extérieure.
5. Système de surveillance de l'état de charge et de conditionnement d'un premier organe (12) de stockage d'énergie électrique d'un véhicule à moteur comprenant un deuxième organe (14) de stockage d'énergie électrique, des moyens de connexion (16) desdits organes entre eux permettant de transférer de l'énergie électrique entre lesdits organes, une machine électrique (10) alimentée par le premier organe (12) et des moyens de commande des moyens de connexion, le système étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de comparaison (18) de l'état de charge (EDC(P) du premier organe à un seuil prédéterminé (EDC(bas)), lesdits moyens de comparaison (18) fonctionnant lorsque le moteur du véhicule est arrêté, périodiquement à intervalles de temps prédéterminés.
6. Système selon la revendication 5 caractérisé en ce que le premier organe (12) de stockage est un supercondensateur ou une batterie, le deuxième organe de stockage est une batterie, la machine électrique est un alternateur réversible ou un alternateur classique associé à un démarreur et les moyens de connexion (16) sont constitués d'un convertisseur ou d'un contacteur connectant en parallèle les organes de stockage (12, 14).
7. Système selon la revendication 5 ou la revendication 6 caractérisé en ce que ledit véhicule est équipé d'un dispositif «Stop and Start » et en ce que ledit premier organe (12) est un supercondensateur équipant ledit dispositif.
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