TITRE : GESTION D'UNE BATTERIE ÉLECTRIQUE D'UN VÉHICULE

AUTOMOBILE

[1] jLa présente invention revendique la priorité de la demande française N°2106467 déposée le 18.06.2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

[2] Le contexte technique de la présente invention est celui de la gestion électrique d'un véhicule automobile, notamment de type électrique ou hybride. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à la gestion énergétique d'un réseau de bord d'un véhicule comprenant une batterie électrique haute tension en cas d’un dysfonctionnement ou d’un accident du véhicule automobile. En particulier, l’invention porte sur un procédé de déclenchement d’une décharge active.

[3] L’amélioration continue de la sécurité des occupants d’un véhicule automobile a conduit depuis plusieurs années à mieux contrôler les réseaux électriques, durant les phases de fonctionnement ou d’arrêt du véhicule automobile, ou notamment en cas de dysfonctionnement ou suite à un accident.

[4] A cet effet, on connaît une fonctionnalité de décharge active qui permet à une unité de supervision d’un groupe de motopropulsion du véhicule automobile d’ouvrir des contacteurs haute tension qui contribuent - avec la batterie électrique - d’alimenter électriquement le groupe de motopropulsion en courant dit haute tension, notamment 350 à 800V, par opposition à un courant d’un réseau de bord dit basse tension, notamment entre 12 et 28V et plus généralement inférieure à la haute tension.

[5] D’une manière générale, la fonctionnalité de décharge active permet de vider le courant électrique résiduel présent dans un réseau haute tension du véhicule automobile suite à une interruption volontaire ou involontaire de l’alimentation électrique. A cet effet, la fonctionnalité de décharge active oriente le courant électrique résiduel présent le réseau électrique haute tension du véhicule automobile vers des dissipateurs thermiques qui dissiperont l’énergie électrique sous forme d’effet Joules. [6] Un inconvénient connu des procédés de contrôle de décharge active est qu’ils sont supervisés par l’unité de supervision du groupe de motopropulsion, qui communique avec d’autres calculateurs du véhicule automobile pour déclencher, le cas échéant, la décharge active.

[7] Ainsi, la mise en œuvre de la fonctionnalité de décharge active telle que mise en œuvre jusqu’ici dépend de la fiabilité et de la viabilité de l’unité de supervision du groupe de motopropulsion. En particulier, en cas d’accident par exemple, une défaillance de l’unité de supervision conduit à ne pas déclencher le procédé de décharge active, exposant à un danger électrique grave les occupants du véhicule automobile ou les secours intervenant auprès d’un tel véhicule accidenté.

[8] La présente invention a pour objet de proposer un nouveau procédé de déclenchement d’une décharge active afin de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d’autres avantages.

[9] Un autre but de l’invention est d’améliorer la sécurité des occupants d’un véhicule automobile ou du personnel intervenant auprès d’un tel véhicule automobile accidenté.

[10] Un autre but de l’invention est de prendre en compte de nouvelles situations de déclenchement de la décharge active.

[11] Selon un premier aspect de l’invention, on atteint au moins l’un des objectifs précités avec un procédé de déclenchement d’une décharge active d’un réseau électrique haute tension d’un véhicule automobile comprenant :

- un groupe de motopropulsion et une unité de supervision du groupe de motopropulsion,

- un réseau de bord,

- un convertisseur de tension configuré pour convertir la tension du réseau électrique haute tension pour le réseau de bord, le procédé comportant une étape de décharge active du réseau électrique haute tension si au moins une des conditions suivantes est vérifiée, indépendamment de l’unité de supervision du groupe de motopropulsion , par une unité de contrôle du convertisseur de tension : [12] - l’unité de contrôle du convertisseur de tension détecte une tension électrique aux bornes d’une batterie électrique haute tension, propre à alimenter le réseau électrique haute tension, supérieure à un seuil de tension du convertisseur ; ou

[13] - l’unité de contrôle du convertisseur de tension ne reçoit pas de trames de données depuis un réseau de communication et en provenance de l’unité de supervision du groupe de motopropulsion du véhicule automobile ; ou

[14] - l’unité de contrôle du convertisseur de tension détecte une tension électrique aux bornes du réseau de bord du véhicule automobile inférieure à un seuil de tension du réseau de bord.

[15] Ainsi, selon l’invention, l’unité de contrôle d’un convertisseur de tension mettant en œuvre le procédé de déclenchement conforme au premier aspect est autonome, ou indépendante, et ne dépend pas de l’unité de supervision du groupe de motopropulsion. Par exemple le procédé de déclenchement de la décharge active conforme au premier aspect de l’invention est mis en œuvre exclusivement par l’unité de contrôle du convertisseur de tension, en fonction de paramètres qu’elle reçoit ou ne reçoit pas, ainsi que de variables mesurées par elles ou prélevées sur le réseau de bord du véhicule automobile. Par autonomie ou indépendance, on comprend ici que l’unité de contrôle du convertisseur de tension ne reçoit pas de consigne de la part de l’unité de supervision du groupe de motopropulsion pour déclencher la décharge active. Par exemple, l’unité de contrôle du convertisseur de tension met en œuvre le procédé sur la base uniquement de variables qu’elle détecte elle-même ou qui sont disponibles, et donc librement accessible par elle, sur le réseau de bord du véhicule automobile. En effet, les conditions vérifiées par l’unité de contrôle du convertisseur de tension sont mises en œuvre exclusivement par l’unité de contrôle du convertisseur, sans intervention extérieure à elle pour vérifier les conditions. La mise en œuvre du procédé de déclenchement conforme au premier aspect de l’invention est assurée par l’unité de contrôle du convertisseur de tension, par exemple exclusivement.

[16] De manière préférentielle mais non limitative, le procédé conforme au premier aspect de l’invention est mis en œuvre sur ou pour un véhicule automobile électrique ou hybride, de tels véhicules automobiles comportant une batterie électrique haute tension, dite batterie de traction, propre à alimenter le réseau électrique haute tension et configurée pour permettre d’alimenter, via ce réseau électrique haute tension, électriquement au moins un moteur électrique utilisé pour mettre en mouvement lesdits véhicules automobiles.

[17] Dans le contexte de l’invention, l’unité de contrôle du convertisseur de tension est connue sous le terme OBCDC. Elle comporte :

[18] - une première partie configurée pour permettre le chargement de la batterie électrique haute tension, en assurant notamment la communication avec des bornes de recharge et en surveillant la recharge électrique de la batterie électrique haute tension ; et

[19] - une deuxième partie prenant la forme d’un convertisseur DC/DC permettant de convertir un courant électrique acheminé vers la batterie électrique haute tension.

[20] Lors des recharges électriques du véhicule automobile, le convertisseur DC/DC convertit le courant alternatif 220V en courant continu vers la batterie électrique haute tension. Lors du roulage du véhicule automobile, le convertisseur DC/DC convertit une partie du courant de la batterie électrique haute tension pour alimenter le réseau de bord du véhicule automobile afin de recharger une batterie électrique basse tension du véhicule automobile.

[21] La première condition testée par l’unité de contrôle du convertisseur est liée à la tension mesurée aux bornes de la batterie électrique haute tension ou du convertisseur DC/DC à laquelle ladite batterie électrique haute tension est reliée. En effet, si la tension aux bornes de la batterie électrique haute tension est trop importante, alors il existe un risque important d’endommagement, d’incendie, de destruction ou d’explosion de la batterie électrique haute tension. La sécurité des occupants du véhicule automobile étant compromise, l’unité de contrôle du convertisseur de tension permet ainsi de palier à cette défaillance et de déclencher, le cas échéant, une décharge active.

[22] La deuxième condition testée par l’unité de contrôle du convertisseur est liée à une absence de disponibilité de trames de données sur le réseau de communication du véhicule automobile. En effet, une telle indisponibilité peut être la conséquence d’un accident conduisant à une indisponibilité d’un calculateur transmettant des données sur le réseau de communication ou à un sectionnement du réseau de communication lui-même. Dans ce cas, l’unité de contrôle du convertisseur de tension permet de palier à cette défaillance et de déclencher, le cas échéant, une décharge active.

[23] La troisième condition testée par l’unité de contrôle du convertisseur est liée à la tension mesurée aux bornes du réseau de bord du véhicule automobile. En effet, le réseau de bord permet d’alimenter en énergie électrique basse tension, c’est-à- dire inférieure à 15 V, de nombreux organes électriques du véhicule automobile, dont notamment des calculateurs. Aussi, si la tension du réseau de bord devient inférieure au seuil de tension du réseau de bord, alors au moins une partie des calculateurs ne sont plus opérationnels, ce qui rend le comportement des différents organes électriques hasardeux, non prédictible, voire dangereux. En particulier, si l’unité de supervision du groupe de motopropulsion est indisponible puisque sous- alimentée, alors elle n’est plus en mesure de déclencher la décharge active. Pour cette raison, l’unité de contrôle du convertisseur teste la tension aux bornes du réseau de bord afin de pouvoir, le cas échéant, déclencher de manière autonome la décharge active afin de sécuriser les occupants et les passants d’un risque d’électrocution.

[24] Le procédé conforme au premier aspect de l’invention comprend avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison :

[25] - le seuil de tension du convertisseur est égale à 500 V. Dans le contexte de l’invention, le seuil de tension du convertisseur est paramétré lors de l’initialisation du procédé conforme au premier aspect de l’invention, ou il peut être modifiable ultérieurement, par modification d’une valeur enregistrée préalablement. La valeur du seuil de tension du convertisseur est stockée dans une zone mémoire de l’unité de contrôle du convertisseur de tension ;

[26] - dans le cas où la tension détectée aux bornes de la batterie électrique haute tension est supérieure au seuil de tension du convertisseur, alors l’unité de contrôle du convertisseur de tension transmet l’information d’un tel dépassement à l’unité de supervision du groupe de motopropulsion afin de couper l’alimentation électrique de l’unité de contrôle du convertisseur de tension par la batterie électrique haute tension. Par la suite, l’unité de contrôle du convertisseur de tension lance une opération de décharge active. Eventuellement, l’étape de déclenchement de la décharge active est réalisée à la suite d’une période de temporisation prédéterminée, par exemple égale à plusieurs millisecondes ;

[27] - le seuil de tension du réseau de bord égale à 6,5 V. Dans le contexte de l’invention, le seuil de tension du réseau de bord est paramétré lors de l’initialisation du procédé conforme au premier aspect de l’invention, ou il peut être modifiable ultérieurement, par modification d’une valeur enregistrée préalablement. La valeur du seuil de tension du réseau de bord est stockée dans la zone mémoire de l’unité de contrôle du convertisseur de tension ;

[28] - la tension électrique détectée aux bornes du réseau de bord est moyennée durant une durée d’intégration. A titre d’exemple non limitatif, la durée d’intégration est supérieure à une seconde ;

[29] - l’absence de réception de trames de données est constatée par l’unité de contrôle du convertisseur de tension pendant une durée d’interruption prédéterminée. De manière préférentielle, la durée d’interruption est supérieure ou égale à 110 ms. Complémentairement, la durée d’interruption est supérieure ou égale à 1s. En particulier, le procédé de déclenchement comporte une étape de comptage d’un nombre de périodes consécutives, de durée égale à la durée d’interruption, et durant lesquelles l’unité de contrôle du convertisseur de tension a constaté l’absence de réception des trames de données. Le procédé de déclenchement comporte en outre un seuil de déclenchement correspondant au nombre de périodes successives sans trames de données reçues par l’unité de contrôle du convertisseur de tension, et au-delà duquel l’étape de décharge active est déclenchée. De manière avantageuse, le seuil de déclenchement est égal à 10 ;

[30] - le procédé de déclenchement conforme au premier aspect de l’invention comporte une étape de remise à zéro du nombre de périodes consécutives durant lesquelles l’unité de contrôle du convertisseur de tension a constaté l’absence de réception de trames de données depuis le réseau de communication lorsque l’unité de contrôle du convertisseur de tension s’endort, c’est-à-dire par exemple entre 10 à 15 minutes après l’arrêt du véhicule automobile, la clef de démarrage étant retirée du contacteur.

[31] Selon un deuxième aspect, l'invention a pour objet une unité de contrôle d’un convertisseur de tension d’une batterie électrique haute tension de véhicule automobile, l’unité de contrôle étant configurée pour mettre en œuvre le procédé conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements.

[32] Selon un troisième aspect, l'invention s'étend également à un véhicule automobile comportant :

[33] - un réseau de bord alimenté en énergie électrique par un groupe d’alimentation comportant une batterie électrique haute tension rechargeable par un convertisseur de tension ;

[34] - une unité de contrôle du convertisseur de tension configurée pour interfacer un réseau de communication.

[35] Avantageusement, le véhicule automobile est du type d’un véhicule électrique ou hybride, la batterie électrique haute tension rechargeable étant du type d’une batterie électrique haute tension configurée pour alimenter en énergie électrique haute tension une chaîne de traction du véhicule automobile.

[36] Des modes de réalisation variés de l’invention sont prévus, intégrant selon l’ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.

[37] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et des exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :

[38] [Fig.1] illustre schématiquement un véhicule automobile conforme au troisième aspect de l’invention ;

[39] [Fig.2] illustre une vue synoptique du procédé de déclenchement conforme au premier aspect de l'invention.

[40] Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.

[41] En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.

[42] Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.

[43] L’invention s’applique aux véhicules électrifiés, en particulier les véhicules automobiles rechargeables, hybrides et électriques.

[44] La FIGURE 1 illustre un exemple de réalisation d’un véhicule automobile 1 électrifié apte à mettre en œuvre le procédé de déclenchement 9 selon l’invention. Le véhicule automobile 1 comporte un groupe motopropulseur muni d’une unité de supervision de motopropulsion 2, d’une machine électrique de traction (non représentée) alimentée par une batterie électrique haute tension 3 - dite de traction - et une unité de contrôle d’un convertisseur 4 de courant continu DC/DC formant un dispositif de recharge de la batterie électrique haute tension 3.

[45] La batterie électrique haute tension 3, fournit généralement plusieurs centaines de volts, par exemple 450V, afin d’assurer la fourniture d’énergie électrique à une chaîne de traction du véhicule automobile 1. La batterie électrique haute tension 3 comprend plusieurs cellules électriques, par exemple de type Lithium-ion. La batterie électrique haute tension 3 collabore avec un calculateur de gestion de la batterie haute tension.

[46] L’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 comporte :

[47] - des moyens de recharge coopérant avec une prise de courant 6 de manière à pouvoir à relier électriquement une borne de recharge externe 7 au véhicule connectée à un réseau d’alimentation électrique 8. A ce titre, l’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 est en charge de gérer la communication entre différents types de bornes de recharge et de surveiller et contrôler la recharge électrique sur l’une d’entre elles ; et

[48] - un convertisseur électrique de type alternatif/continu AC/DC et continu/continu DC/DC. Une première fonction est de convertir une tension alternative délivrée par la borne de recharge 7 en tension continue compatible avec la batterie électrique haute tension 3. Une deuxième fonction est de convertir des tensions électriques pour des systèmes embarqués du véhicule automobile 1 tels que par exemple le réseau de bord basse tension - environ 14V - et pour la machine électrique de traction, en situation de roulage et en freinage récupératif.

[49] L’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 communique avec différents calculateurs du véhicule automobile, et notamment avec l’unité de supervision du groupe de motopropulsion 2 via un réseau de communication 5 sur lequel l’unité de supervision du groupe de motopropulsion transmet des données environnementales du véhicule automobile 1.

[50] Selon l’invention, l’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 est munie d’un calculateur à circuits intégrés et de mémoires électroniques. L’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 conforme au deuxième aspect de l’invention est configurée pour mettre en œuvre le procédé de déclenchement conforme au premier aspect de l’invention

[51] Le calculateur peut être externe à l’unité de contrôle du convertisseur de tension 4, tout en étant couplé à cette dernière. Dans ce dernier cas, il peut être lui-même agencé sous la forme d’un calculateur dédié comprenant par exemple un éventuel programme dédié. Par conséquent, l’unité de commande, selon l’invention, peut être réalisée sous la forme de modules logiciels ou informatiques, ou bien de circuits électroniques, ou encore d’une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels.

[52] La FIGURE 2 illustre un exemple de réalisation du procédé 9 de déclenchement d’une décharge active conforme au premier aspect de l’invention. Un tel procédé 9 comporte une étape de décharge active 95 si au moins une des conditions suivantes est vérifiée de manière autonome par une unité de contrôle d’un convertisseur de tension : [53] - une première condition 91 lorsque l’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 détecte une tension électrique aux bornes de la batterie électrique haute tension 3 supérieure à un seuil de tension du convertisseur, par exemple égal à 500 V ; ou

[54] - une deuxième condition 92 lorsque l’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 ne reçoit pas de trames de données depuis un réseau de communication 5 et en provenance d’une unité de supervision d’un groupe de motopropulsion 2 du véhicule automobile 1 ; ou

[55] - une troisième condition 93 lorsque l’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 détecte une tension électrique aux bornes d’un réseau de bord du véhicule automobile 1 inférieure à un seuil de tension du réseau de bord, par exemple égale à 6,5 V.

[56] De manière avantageuse, la tension électrique détectée aux bornes du réseau de bord est moyennée durant une durée d’intégration supérieure ou égale à une seconde. En d’autres termes, si l’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 détecte une chute de tension électrique aux bornes du réseau de bord inférieure à la tension de seuil du réseau de bord et durant une durée supérieure ou égale à une seconde, alors l’étape de décharge active 95 est activée.

[57] De manière avantageuse, l’absence de réception de trames de données disponible sur le réseau de communication 5 est constatée par l’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 pendant une durée d’interruption prédéterminée supérieure ou égale à 110 ms. Plus particulièrement, le procédé de déclenchement comporte une étape de comptage d’un nombre de périodes consécutives, de durée égale à la durée d’interruption, et durant lesquelles l’unité de contrôle du convertisseur de tension a constaté l’absence de réception des trames de données. Le procédé de déclenchement comporte en outre un seuil de déclenchement correspondant au nombre de périodes successives sans trames de données reçues par l’unité de contrôle du convertisseur de tension, et au-delà duquel l’étape de décharge active est déclenchée. De manière avantageuse, le seuil de déclenchement est égal à 10. En d’autres termes, si l’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 détecte une indisponibilité des trames de données sur le réseau de communication 5 en provenance de l’unité de supervision du groupe motopropulseur 2 pendant plusieurs périodes successives - égale au seuil de déclenchement - chaque période se prolongeant pendant la période d’interruption, alors l’étape de décharge active 95 est activée.

[58] L’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 réalise ces vérifications selon une fréquence d’échantillonnage donnée. Complémentairement, l’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 compare la tension électrique détectée aux bornes de la batterie électrique haute tension 3 et/ou la tension électrique détectée aux bornes du réseau de bord et/ou la tension électrique détectée aux bornes du réseau de communication 5 durant une étape de comparaison 94 réalisée selon une fréquence de comparaison donnée.

[59] L’étape de décharge active engagée par l’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 a pour but d’évacuer le courant électrique contenue dans le réseaux électriques - haute tension et/ou basse tension - du véhicule électrique par l’intermédiaire de dissipateurs thermiques configurés pour dissiper l’énergie électrique en une énergie thermique par effet Joules.

[60] Cette étape de décharge active est essentielle afin d’éviter tout accident électrique suite au contact d’un câble électrique endommagé suite à un accident routier par exemple. Si l’une des conditions évoquées précédemment est vérifiée, alors l’unité de contrôle du convertisseur 4 déclenche l’étape de décharge active pendant plusieurs secondes, typiquement inférieur à 4 secondes afin de préserver l’intégrité de ses résistances.

[61] Complémentairement, le procédé de déclenchement 9 conforme au premier aspect de l’invention comporte en outre une étape d’interruption 96 de l’étape de décharge active 95 dès que la tension électrique mesurée aux bornes du réseau électrique haute tension devient inférieure ou égale à un seuil de sécurité électrique, typiquement égal à 60 V.

[62] En synthèse, l’invention concerne un procédé de déclenchement 9 d’une étape de décharge active 95 d’un système électrique, le procédé de déclenchement 9 étant mis en œuvre de manière autonome par une unité de contrôle d’un convertisseur de tension 4 pilotant la charge électrique d’une batterie électrique haute tension 3 de véhicule automobile 1. A cet effet, l’unité de contrôle du convertisseur de tension 4 teste plusieurs conditions - sur la batterie électrique haute tension 3, sur le réseau de communication, sur le réseau de bord - de manière autonome afin de déclencher l’étape de décharge active 95 si au moins l’une d’entre elles est vérifiée.

[63] Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, les différentes caractéristiques et variantes de mise en œuvre de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux. !