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Title:
METHOD FOR CONTROLLING THE RECHARGING OF AN ENERGY-STORAGE DEVICE FOR A COMBUSTION ENGINE ELECTRIC CATALYTIC CONVERTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/197737
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates mainly to a method for controlling the recharging of an auxiliary energy storage device (36) associated with an electric catalytic converter (25) for a combustion engine (11), notably of a motor vehicle, characterized in that the said method comprises: – a step of evaluating a state of charge of a primary energy storage device (35) able to be recharged by an alternator (33), – a step of determining a possible duration of powering of the electric catalytic converter (25), and – a step of controlling the recharging of the auxiliary energy storage device (36) according to the evaluation of the state of charge of the primary energy storage device (35), according to the possible duration of powering of the electric catalytic converter (25), and according to a duration of charging of the electric catalytic converter (25) that is to be guaranteed.

Inventors:
BOTCHON, Yannick (93 Avenue Division Leclerc, Antony, 92160, FR)
MORNET, Mickael (3 Chemin des Catalpas, Fontenay Le Fleury, 78330, FR)
Application Number:
FR2019/050528
Publication Date:
October 17, 2019
Filing Date:
March 12, 2019
Export Citation:
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Assignee:
PSA AUTOMOBILES SA (2-10 Boulevard de l'Europe, Poissy, 78300, FR)
International Classes:
B60R16/033; F01N3/20
Foreign References:
US20140026544A12014-01-30
US5488283A1996-01-30
EP0865142A11998-09-16
FR2729901A11996-08-02
US20110078999A12011-04-07
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
BOURGUIGNON, Eric (PSA Automobiles SA, Propriété Industrielle - VEIP-VV1400Route de Gizy, Velizy-Villacoublay, 78140, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Procédé de pilotage d'une recharge d'un dispositif de stockage d'énergie auxiliaire (36) associé à un catalyseur électrique (25) pour moteur thermique (1 1 ), notamment de véhicule automobile, caractérisé en ce que ledit procédé comporte:

- une étape (101 ) d'évaluation d'un état de charge (SOC_Batt) d'un dispositif de stockage d'énergie primaire (35) apte à être rechargé par un alternateur (33),

- une étape (103) de détermination d'une durée d'alimentation possible (T_al_poss) du catalyseur électrique (25), et

- une étape (104) de pilotage (Pil char stock aux) de la recharge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire (36) en fonction de l'évaluation de l'état de charge (SOC_Batt) du dispositif de stockage d'énergie primaire (35), de la durée d'alimentation possible (T_al_poss) du catalyseur électrique (25), et d'une durée d'alimentation à garantir (T_al_gar) du catalyseur électrique (25).

2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la durée d'alimentation possible (T_al_poss) du catalyseur électrique (25) est déterminée en fonction d'une charge (SOC_disp_cata_elec) du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire (36) affectable au catalyseur électrique (25) et d'un courant moyen (l_cata_elec) consommé par le catalyseur électrique (25).

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la charge (SOC_disp_cata_elec) du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire (36) affectable au catalyseur électrique (25) est déterminée en calculant une différence entre un état de charge courant (SOC_aux) du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire (36) et un état de charge minimum (SOC_min_aux) pour assurer une durabilité du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire (36) et garantir, le cas échéant, d'autres besoins électriques pouvant être alloués audit dispositif de stockage d'énergie auxiliaire (36).

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'état de charge minimum (SOC_min_aux) est compris entre 40% et 60%.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la recharge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire (36) est demandée dans le cas où le niveau de charge du dispositif de stockage d'énergie primaire (35) est supérieur à un seuil et que la durée d'alimentation possible (T_al_poss) du catalyseur électrique (25) est inférieure ou égale à la durée d'alimentation à garantir (T_al_gar) du catalyseur électrique (25).

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la recharge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire (36) est inhibée dans le cas où le niveau de charge du dispositif de stockage d'énergie primaire (35) est inférieur à un seuil.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire (36) est une batterie, notamment de type Lithium-ion, ou un dispositif capacitif de maintien de tension de réseau de bord. 8. Calculateur moteur (38) comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de pilotage d'une recharge d'un dispositif de stockage d'énergie auxiliaire (36) associé à un catalyseur électrique (25) pour moteur thermique (1 1 ), notamment de véhicule automobile, tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Moteur thermique (1 1 ), notamment de véhicule automobile, comportant un calculateur moteur (38) selon la revendication 8.

Description:
PROCEDE DE PILOTAGE D'UNE RECHARGE D'UN DISPOSITIF DE STOCKAGE D'ENERGIE POUR UN CATALYSEUR ELECTRIQUE

DE MOTEUR THERMIQUE

[0001 ] La présente invention porte sur un procédé de pilotage d'une recharge d'un dispositif de stockage d'énergie pour un catalyseur électrique de moteur thermique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules automobiles.

[0002] Un moteur thermique d’un véhicule conventionnelle ou hybride, émet de nombreuses particules polluantes, notamment lorsque celui-ci est encore froid. Ceci résulte en un impact négatif en termes de santé publique et de respect des normes environnementales européennes. L’utilisation d’un catalyseur électrique lors du premier démarrage du véhicule permet de piéger une partie importante de ces particules et donc de réduire les émissions associées.

[0003] Toutefois, l’utilisation d’un tel organe électrique nécessite une fourniture d’énergie importante dans une phase de vie pendant et juste après laquelle, le véhicule n’est pas en mesure de fournir une grande quantité d’énergie électrique. En effet, la fourniture d’énergie électrique nécessaire pour le démarrage peut être assurée par une batterie basse tension et la fourniture d’énergie électrique post-démarrage, via l’alternateur, est limitée en raison de la phase de vie dite de "régime ralentie" qui suit immédiatement la phase de démarrage au cours de laquelle le régime moteur ne dépasse pas 750 à 900 tours par minute, ce qui induit une capacité de production d’énergie électrique faible.

[0004] L'activation de l'organe électrique peut donc entraîner une chute de la tension du réseau de bord du véhicule, susceptible de perturber l’alimentation d’organes sécuritaires du véhicule, notamment les organes de freinage ou la direction assistée. En outre, il est possible que la batterie ne dispose pas de suffisamment d'énergie pour assurer l'activation du catalyseur électrique.

[0005] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de pilotage d'une recharge d'un dispositif de stockage d'énergie auxiliaire associé à un catalyseur électrique pour moteur thermique, notamment de véhicule automobile, caractérisé en ce que le procédé comporte: - une étape d'évaluation d'un état de charge d'un dispositif de stockage d'énergie primaire apte à être rechargé par un alternateur,

- une étape de détermination d'une durée d'alimentation possible du catalyseur électrique, et

- une étape de pilotage de la recharge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire en fonction de l'évaluation de l'état de charge du dispositif de stockage d'énergie primaire, de la durée d'alimentation possible du catalyseur électrique, et d'une durée d'alimentation à garantir du catalyseur électrique.

[0006] L'invention permet ainsi d’anticiper l’énergie qui sera nécessaire dans le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire et de piloter la charge de ce dispositif de stockage avant l'activation du catalyseur électrique, pour garantir à l’avance que cette énergie électrique sera bien disponible pour alimenter le catalyseur électrique pendant sa durée optimale d’utilisation. L'invention permet donc d’agir de façon préventive, pour éviter une impossibilité de fonctionnement du catalyseur électrique, qui serait due à un problème de pénurie de la production d’énergie électrique conventionnelle (alternateur saturé ou charge du dispositif de stockage d'énergie primaire insuffisante).

[0007] Selon une mise en oeuvre, la durée d'alimentation possible du catalyseur électrique est déterminée en fonction d'une charge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire affectable au catalyseur électrique et d'un courant moyen consommé par le catalyseur électrique.

[0008] Selon une mise en oeuvre, la charge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire affectable au catalyseur électrique est déterminée en calculant une différence entre un état de charge courant du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire et un état de charge minimum pour assurer une durabilité du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire et garantir, le cas échéant, d'autres besoins électriques pouvant être alloués au dispositif de stockage d'énergie auxiliaire.

[0009] Selon une mise en oeuvre, l'état de charge minimum est compris entre 40% et 60%.

[0010] Selon une mise en oeuvre, la recharge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire est demandée dans le cas où le niveau de charge du dispositif de stockage d'énergie primaire est supérieur à un seuil et que la durée d'alimentation possible du catalyseur électrique est inférieure ou égale à la durée d'alimentation à garantir du catalyseur électrique. [001 1 ] Selon une mise en œuvre, la recharge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire est inhibée dans le cas où le niveau de charge du dispositif de stockage d'énergie primaire est inférieur à un seuil.

[0012] Selon une mise en œuvre, le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire est une batterie, notamment de type Lithium-ion, ou un dispositif capacitif de maintien de tension de réseau de bord.

[0013] L'invention a également pour objet un calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de pilotage d'une recharge d'un dispositif de stockage d'énergie auxiliaire associé à un catalyseur électrique pour moteur thermique, notamment de véhicule automobile, tel que précédemment défini.

[0014] L'invention a également pour objet un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, comportant un calculateur moteur tel que précédemment défini.

[0015] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.

[0016] Les figures 1 a et 1 b sont des représentations schématiques d'une ligne d'échappement munie d'un catalyseur électrique positionné respectivement en amont et en aval d'un catalyseur d'oxydation Diesel;

[0017] La figure 2 est une représentation schématique d'un catalyseur électrique avec lequel est mis en œuvre le procédé selon la présente invention;

[0018] La figure 3 est une représentation schématique des blocs fonctionnels mis en œuvre dans le procédé de pilotage d'une recharge d'un dispositif de stockage d'énergie auxiliaire du catalyseur électrique;

[0019] La figure 4 est un diagramme des étapes du procédé selon l'invention.

[0020] Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent les mêmes références d'une figure à l'autre.

[0021 ] Les figures 1 a et 1 b représentent une ligne d'échappement 10 d'un moteur thermique 1 1 , notamment de véhicule automobile, sur laquelle est monté un système de dépollution 13 des gaz d'échappement. [0022] Ce système de dépollution 13 comporte un catalyseur d'oxydation 15 Diesel (ou "DOC" pour "Diesel Oxidation Catalyst") permettant l'oxydation d'hydrocarbures (HC) et de monoxyde de carbone (CO) en dioxyde de carbone et en eau; ainsi qu'un catalyseur 17 d'un système 18 de réduction catalytique sélective (ou système "SCR" pour "Sélective Catalytic Réduction" en anglais).

[0023] Le système SCR 18 est adapté à injecter un réducteur, tel que de l'ammoniac ou un précurseur de l'ammoniac dans la ligne d’échappement 10 afin de transformer les oxydes d’azote (NOx) rejetés par le moteur 1 1 en azote et en eau. A cet effet, un injecteur 20 de réducteur est associé à une boîte de mélange 21 visant à homogénéiser le mélange entre les gaz d'échappement et le réducteur avant de pénétrer dans le catalyseur 17.

[0024] Un filtre à particules 23 à base d'une matrice céramique poreuse permet de piéger des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone, et/ou de gouttelettes d'huile.

[0025] En outre, un catalyseur 25 à chauffage électrique sur base de substrat métallique, dit catalyseur électrique, peut être disposé en amont du catalyseur d'oxydation 15 Diesel, tel que cela est illustré sur la figure 1 a, ou en aval du catalyseur d'oxydation 15 Diesel, tel que cela est illustré sur la figure 1 b. Le catalyseur électrique 25 est destiné à être activé au démarrage du moteur thermique 1 1 , et ce, pendant une certaine durée pour permettre l’augmentation de la température en amont du système SCR 18.

[0026] Comme cela est illustré sur la figure 2, le catalyseur à chauffage électrique 25 comporte par exemple un disque 27 métallique alimenté, via des électrodes 28, par un courant électrique pour chauffer les gaz d'échappement, ainsi qu'une brique catalytique 30 métallique maintenue au disque 27 par l’intermédiaire de broches isolées 31 . Une imprégnation du disque 27 est optionnelle.

[0027] Le véhicule automobile comporte un alternateur 33 destiné à transformer une énergie mécanique fournie par le moteur 1 1 en une énergie électrique visant à assurer le rechargement d'un dispositif de stockage d'énergie primaire 35, tel qu'une batterie, relié au réseau de bord du véhicule. Dans le cas de l'utilisation d'un alterno-démarreur, ce dernier pourra également fonctionner en mode moteur dans lequel il transforme une énergie électrique en énergie mécanique pour assurer le redémarrage automatique du moteur 1 1 suite à un arrêt du véhicule. [0028] Un dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 relié électriquement à la batterie 35 est destiné à alimenter le catalyseur électrique 25. Le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 pourra être rechargé par la batterie 35. Le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 permet de préserver l'énergie électrique dans la batterie 35 pour les phases de démarrages et éventuellement de redémarrages, pour l'alimentation des organes sécuritaires du véhicule en cas de défaillance de la production d'énergie électrique via l'alternateur 33. Le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 permet également d'éviter la multiplication des phases de décharges et de charges de la batterie 35 qui ont un effet néfaste sur sa durée de vie. Le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 pourra prendre la forme d'une batterie, notamment de type Lithium-ion, ou d'un dispositif capacitif de maintien de tension de réseau de bord.

[0029] On décrit ci-après, en référence avec les figures 3 et 4, le procédé selon l'invention de pilotage de la recharge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 associé au catalyseur électrique 25. Ce procédé vise à sécuriser la phase d'activation du catalyseur électrique 25 en agissant de façon préventive pour s’assurer de disposer de l’énergie électrique nécessaire au niveau du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 en cas de défaillance de l’alimentation principale.

[0030] Ce procédé est mis en oeuvre par un calculateur moteur 38 comportant une mémoire stockant des instructions logicielles permettant de définir des modules fonctionnels 40, 41 , 42, et 43 réalisant les étapes 101 à 104 décrites plus en détails ci-après.

[0031 ] Au cours d'une étape 101 , le module 40 détermine si le dispositif de stockage d'énergie primaire 35 se trouve dans un éventuel état de charge qui nécessiterait de prioriser sa propre recharge, notamment par le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36, sur l’alimentation du catalyseur électrique 25. Elle permet d’autoriser ou d’inhiber le pilotage préventif de l’état de charge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36, dans certains cas de vie. On évite ainsi que l'activation du catalyseur 25 puisse impacter notamment des fonctionnalités prioritaires comme le démarrage du moteur thermique 1 1 .

[0032] A cet effet, le module 40 compare l’état de charge du dispositif de stockage d'énergie primaire 35 (SOC_Batt) à un état de charge minimale noté SOC_min_Batt, compris par exemple entre 30% et 60%.

[0033] L’autorisation de piloter la charge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36, pour garantir la durée d’activation nécessaire du catalyseur électrique 25, est donnée uniquement si l’état de charge SOC_Batt du dispositif de stockage d'énergie primaire 35 est supérieur à son niveau de charge minimale SOC_min_Batt. Dans ce cas, le module 40 émet un signal Aut_alim_Batt = VRAI.

[0034] Dans le cas contraire, c’est-à-dire si l’état de charge SOC_Batt de dispositif de stockage d'énergie primaire 35 est inférieur à son niveau de charge minimale SOC_min_Batt, alors le procédé n’est pas autorisé à piloter la recharge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36. Dans ce cas, le module 40 émet un signal Aut_alim_Batt = FAUX.

[0035] Au cours d'une étape 102, le module 41 détermine la marge d’énergie disponible SOC_disp_cata_elec dans le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 pouvant être affectée à l’utilisation du catalyseur électrique 25, pour les besoins de dépollution, en calculant la différence entre l’état de charge courant (SOC_aux) du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 et un état de charge minimum SOC_min_aux. Cet état de charge minimum SOC_min_aux est l'état de charge minimum du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 assurant sa durabilité et garantissant par exemple d’autres besoins électriques pouvant lui être alloués. Cet état de charge minimum SOC_min_aux est par exemple compris entre 40% et 60%.

[0036] Au cours d'une étape 103, le module 42 détermine, à partir d'un courant consommé en moyenne l_cata_elec pendant l’activation du catalyseur électrique 25 et de la charge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36, pouvant lui être allouée, la durée d'alimentation possible T_al_poss pendant laquelle le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 pourra couvrir les besoins d’alimentation liés à la dépollution du véhicule, via le catalyseur électrique 25, sans risque de coupure.

[0037] Plus précisément, cette durée d’alimentation possible T_al_poss du catalyseur électrique 25 grâce au dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 est définie en fonction :

- du courant moyen l_cata_elec consommé par le catalyseur électrique 25 exprimé en Ampères,

- d'une capacité Cap_stock_aux du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 exprimée en ampères. heure (A.h),

- de la charge disponible SOC_disp_cata_elec pour le catalyseur électrique 25 dans le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 exprimé en %. [0038] La relation suivante est utilisée pour calculer en heures la durée d’alimentation possible T_al_poss pour le catalyseur électrique 25 :

SOC_disp_cata_elec Cap_stock_aux

T_al_poss - * -

100 I cata elec

[0039] Au cours d'une étape 104, le module 43 pilote de façon préventive, la charge contenue dans le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36, de façon à s’assurer qu’il disposera de suffisamment d’énergie électrique, pour assurer de façon autonome, l’alimentation du catalyseur électrique 25 sans risque de coupure, pendant la durée d'alimentation à garantir T_al_gar pour le processus de dépollution du véhicule.

[0040] Le module 43 demande une recharge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 si nécessaire, dans le cas où la durée d’alimentation possible T_al_poss du catalyseur électrique 25 par le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36, serait inférieure à la durée d’alimentation à garantir T_al_gar du catalyseur 25 pour assurer le bon déroulement du processus de dépollution du véhicule. La durée d'alimentation à garantir T_al_gar du catalyseur 25 est prédéterminée. Cette durée d'alimentation T_al_gar est par exemple transmise par le calculateur moteur 38.

[0041 ] Le pilotage de la recharge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 est effectué également sous la contrainte de ne pas devoir prioriser la recharge du dispositif de stockage d'énergie primaire 35, dans le cas où celle-ci serait dans un état de charge critique.

[0042] Ainsi dans le cas où le niveau de charge SOC_Batt du dispositif de stockage d'énergie primaire 35 est supérieur à un seuil (Aut_alim_Batt = VRAI) et la durée d'alimentation possible T_al_poss du catalyseur électrique 25 est supérieure à la durée d'alimentation à garantir T_al_gar du catalyseur électrique 25, alors il n’est pas nécessaire de recharger le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36. Le module 43 génère alors un signal Pil_char_stock_aux = PAS DE DEMANDE.

[0043] Dans le cas où le niveau de charge SOC_Batt du dispositif de stockage d'énergie primaire 35 est supérieur à un seuil (Aut_alim_Batt = VRAI) et la durée d'alimentation possible T_al_poss du catalyseur électrique 25 est inférieure ou égale à la durée d'alimentation à garantir T_al_gar du catalyseur électrique 25, alors il est nécessaire de recharger le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36. Le module 43 génère alors un signal Pil_char_stock_aux = DEMANDE. [0044] Dans le cas où le niveau de charge SOC_Batt du dispositif de stockage d'énergie primaire 35 est inférieur à un seuil (Aut_alim_Batt = FAUX) alors les demandes de recharge du dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 sont inhibées pour prioriser la recharge du dispositif de stockage d'énergie primaire 35. Le module 43 génère alors un signal Pil_char_stock_aux = PAS DE DEMANDE.

[0045] L'invention s’assure donc en permanence que le dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36 sera toujours en capacité d’assurer l’alimentation du catalyseur électrique 25, pendant une durée requise et lorsque ce n’est pas le cas, elle pilote la demande de recharge de ce dispositif de stockage d'énergie auxiliaire 36, de façon à ce que la durée d’alimentation possible du catalyseur électrique 25 par ce dispositif 36, soit compatible avec la durée requise d’activation du catalyseur électrique 25.