La présente invention concerne un procédé pour gérer l'état de charge d'une batterie de traction d'un véhicule muni d'un groupe moto- propulseur hybride comprenant un moteur thermique et un moteur électrique.

Dans le contexte actuel de consensus autour du réchauffement climatique, la diminution des émissions de dioxyde de carbone (CO2) est un défi majeur auquel sont confrontés les constructeurs automobiles, les normes étant toujours plus exigeantes en la matière.

Outre l'amélioration constante des rendements des moteurs thermiques classiques, qui s'accompagne d'une baisse des émissions de CO2, les véhicules électriques (« EV » d'après la terminologie anglo-saxonne « Electric Vehicle », dont le groupe moto-propulseur comprend un moteur électrique uniquement) et les véhicules hybrides thermique-électrique (« HEV » d'après la terminologie anglo-saxonne « Hybrid Electric Vehicle », dont le groupe moto-propulseur comprend un moteur électrique et un moteur thermique) sont aujourd'hui considérés comme la solution la plus prometteuse pour diminuer les émissions de CO2.

Différentes technologies de stockage de l'énergie électrique ont été testées dans les dernières années afin de répondre aux besoins des EV et des HEV. Il apparaît aujourd'hui que les batteries à cellules lithium-ion (Li-ion) sont celles susceptibles de fournir le meilleur compromis entre la densité de puissance, qui favorise les performances en termes d'accélération notamment, et la densité d'énergie, qui favorise l'autonomie. Cependant, l'utilisation de cette technologie Li-ion pour constituer des batteries de traction n'est pas sans poser de nombreuses difficultés, notamment si l'on considère les niveaux de tension nécessaires, de l'ordre de 400 volts (V), ou encore si l'on considère les hauts niveaux de température générés dans la batterie durant les cycles de charge comme de décharge.

A l'heure actuelle, l'un des freins à l'essor des véhicules électriques ou hybride reste leur coût, qui demeure plus élevé que celui des véhicules thermiques classiques, à cause notamment de la batterie Li-ion de traction. Ainsi, pour convaincre les clients potentiels de passer à un EV ou un HEV, il apparaît essentiel de développer ces derniers autour de technologies à coût contenu. Il s'agit là d'un problème que la présente invention se propose de résoudre.

Dans le but de contenir les coûts, la demanderesse a donc développé et mis au point une architecture particulière de groupe moto- propulseur hybride. Comme dans toute architecture hybride classique, un moteur électrique alimenté par une batterie Li-ion vient assister un moteur thermique, les deux moteurs étant susceptibles de transmettre, alternativement ou simultanément, du couple aux roues motrices du véhicule. Mais une particularité de cette architecture, tenant notamment à son système de transmission de couple, est que le décollage du véhicule ne peut s'effectuer que par du couple purement électrique. Autrement dit, le passage du véhicule d'une vitesse nulle à une vitesse non nulle ne peut être assuré que par transmission de couple électrique, aucun couple thermique ne peut être transmis simultanément au moment du décollage. Ceci est une conséquence des solutions à coûts maîtrisés mises en œuvre dans le système de transmission. De même, le maintient du véhicule à très basse vitesse ne peut être assuré que par transmission de couple électrique, jusqu'à dépassement d'un seuil de vitesse à partir duquel du couple thermique peut être transmis simultanément aux roues. Un inconvénient de ce type d'architecture est que, si l'état de charge de la batterie (ou SOC selon l'acronyme anglo-saxon signifiant « State Of Charge ») passe en dessous d'un certain seuil permettant de fournir le niveau minimal de puissance requis pour décoller le véhicule, alors il faut temporairement immmobiliser le véhicule afin de le recharger par utilisation du moteur thermique en mode groupe électogène. Mais préserver le SOC au-dessus d'un certain seuil, et surtout choisir la valeur de ce seuil, n'est pas sans poser de nombreuse difficultés compte-tenu des multiples cas d'usage possibles. Il s'agit là encore d'un problème que la présente invention se propose de résoudre.

Pour illustrer ces difficultés, on peut considérer le cas d'usage suivant : un conducteur part d'une région de plaine pour aller skier en montagne. Après plusieurs centaines de kilomètres sur autoroute, il arrive en creux de vallée pour monter en station avec un SOC proche d'une valeur minimale autorisée par la loi de gestion de l'énergie implémentée dans le calculateur central véhicule (ou EVC selon l'abbréviation anglo-saxonne signifiant « Electric Vehicle Contrôler »). La batterie du véhicule a d'abord subi une phase dite de « charge depleting » selon la terminologie anglo-saxonne, durant laquelle on a épuisé la charge jusqu'à un SOC seuil minimal, en maximisant l'utilisation du moteur électrique. Puis le véhicule a subi une phase dite de « charge sustaining » selon la terminologie anglo-saxonne, durant laquelle on a préservé le SOC au voisinage de ce seuil minimal, en alternant des phases de roulage en mode électrique avec des phases de freinage récupératif, voir même avec des phases de recharge par utilisation du moteur thermique pour faire tourner le moteur électrique en mode génératrice. Malgré le SOC faible en creux de vallée, le conducteur parvient à monter en station, car sa batterie est chaude, de l'ordre de 40° Celsius après un gros roulage sur autouroute. Grâce à sa température élevée, elle reste performante malgré son SOC faible. La stratégie de préservation du SOC a donc bien fonctionné, dans un premier temps en tous cas. Une fois arrivé en station, il laisse sa voiture garée sur un parking extérieur pendant toute la durée de son séjour, par exemple durant une semaine. Au bout d'une semaine, la température de la batterie est descendue à la température ambiante locale, soit -10° Celsius par exemple. Le SOC, qui était suffisant pour assurer un certain niveau de performance à 40° Celsius, n'est plus suffisant à -10°Celsius : le conducteur a peu de chances de pouvoir décoller immédiatement son véhicule du parking au moment de quitter la station pour rentrer chez lui, et il devra préalablement remonter le SOC par utilisation du moteur thermique pour faire tourner le moteur électrique en mode génératrice. La stratégie de préservation du SOC a donc finalement échoué, pour cause d'inadaptation du SOC à la température. Il s'agit là encore d'un problème que la présente invention se propose de résoudre

Dans le but d'éviter ce type de situation où le SOC de la batterie est inadapté à sa température, il est connu de US8330424B2 une stratégie préventive qui utilise les informations de navigation pour connaître la température sur le lieu de destination et réguler le SOC en conséquence, en le maintenant dans une plage adaptée. Toutefois, dans le cas d'usage précédent qui inclut une phase prolongée de non utilisation du véhicule durant laquelle les conditions de température changent fortement, cette solution est inopérante et laisse le véhicule immobilisé sur le parking. Il s'agit là encore d'un problème que la présente invention se propose de résoudre. La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients et difficultés précités en déterminant un SOC minimal cible pour respecter les exigences de performance, qu'il s'agisse de décollage ou de toute autre prestation, non seulement durant le roulage actuel, mais également durant le roulage suivant. Dans le cas d'usage précédent par exemple, elle propose ainsi de remonter préventivement le SOC dès le trajet aller en prévision de la chute de température à la fin du séjour. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de gestion de l'état de charge d'une batterie de traction d'un groupe moto- propulseur d'un véhicule hybride. Ce procédé comporte, durant une phase de roulage du véhicule vers une destination courante :

une étape de prédiction de la température qu'atteindra la batterie, après extinction du groupe-motopropulseur, à un instant de départ vers une destination future ;

une étape d'estimation, en fonction de la température de batterie prédite précédemment, d'un état de charge minimal de la batterie permettant de fournir, durant une phase de roulage vers la destination future, un niveau de puissance minimal prédéfini ;

- une étape de maintien de l'état de charge de la batterie au voisinage de l'état de charge minimal.

Dans un mode de réalisation préférentiel, l'étape de prédiction de la température qu'atteindra la batterie peut inclure parmi ses paramètres :

- un délai écoulé entre la fin du roulage courant et le début du roulage futur, et/ou ;

un modèle de variation de la température ambiante entre la fin du roulage courant et le début du roulage futur, et/ou ;

un modèle d'inertie thermique de la batterie donnant l'évolution de la température de la batterie en fonction de l'évolution de la température ambiante.

Avantageusement, le délai écoulé entre la fin du roulage courant et le début du roulage futur peut être :

obtenu directement d'un système de planification de roulages, ou ; déduit statistiquement à partir de roulages précédents obtenus d'un système de mémorisation de roulages, lesdits roulages précédents présentant des similarités avec le roulage courant, ou ;

égal à une constante.

Avantageusement également, la localisation du véhicule pouvant être connue d'un système de géolocalisation et un minimum de température mesurée en ladite localisation pouvant être connu d'un système de diffusion d'informations météorologiques, le modèle de variation de la température ambiante peut être défini tel que :

la variation est nulle lorsque la température ambiante mesurée est en dessous du minimum de température ;

la variation est égale à une constante négative lorsque la température ambiante mesurée est au dessus d'une valeur prédéfinie supérieure au minimimum de température ;

la variation évolue linéairement entre le minimum de température et la valeur prédéfinie.

Avantageusement là encore, le modèle d'inertie thermique de la batterie peut être défini de telle sorte que la température de la batterie varie de manière identique avec la température ambiante.

Dans un mode de réalisation préférentiel, l'étape d'estimation de l'état de charge minimal peut inclure de sélectionner la valeur maximum parmi une pluralité de valeurs d'état de charge, ladite pluralité pouvant inclure au moins :

une valeur d'état de charge minimal pour atteindre la destination courante, estimé en fonction de la température courante mesurée de la batterie et ;

une valeur d'état de charge minimal pour atteindre la destination future, estimé en fonction de la température précédemment prédite.

Avantageusement, la pluralité de valeurs d'état de charge peut inclure également un état de charge minimal pour assurer une durée de vie prédéfinie à la batterie. Avantageusement également, les valeurs d'états de charges minimaux pour atteindre la destination courante et pour atteindre la destination future peuvent être calculés en temps réel par une méthode de modélisation linéaire de évolution de la puissance disponible dans la batterie en fonction de l'état de charge de la batterie.

Par exemple, la méthode de modélisation linéaire peut être une méthode des moindres carrés récursive. Avantageusement, à chaque nouvelle estimation d'une valeur d'état de charge obtenue récursivement à partir de la précédente estimation, ladite estimation précédente peut alors être multipliée par un facteur d'oubli λ<1 .

La présente invention a également pour objet un calculateur comportant des moyens matériels et logiciels implémentant un tel procédé, notamment du type « Battery Management System » (BMS) selon la terminologie anglo-saxonne.

La présente invention a enfin pour objet un véhicule hybride comportant un tel calculateur.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des figures 1 , 2, 3 et 4 annexées et qui illustrent, par des graphes, un exemple de réalisation de l'invention.

Pour bien comprendre les principes de l'invention explicités par la suite, il faut garder à l'esprit que la puissance disponible en décharge aux bornes d'une batterie, appelée Pbat par la suite, dépend :

- de son SOC : plus la batterie est déchargée, moins elle peut fournir de puissance, et vice-versa ;

- de sa température : plus la batterie est froide, moins elle peut fournir de puissance ;

- de son état de vieillissement, qui impacte la capacité totale de la batterie : plus la batterie est vieille, moins elle peut fournir de puissance. En pratique, pour maintenir disponible un certain niveau de puissance minimal requis, il faut donc assurer que la batterie reste toujours à un SOC minimal qui dépend, entre autres paramètres, de la température de la batterie. C'est l'un des rôles de la loi de gestion de l'énergie implémentée sur l'EVC, qui essaye de maintenir un état de charge batterie cible, soit par freinage récupératif, soit grâce au moteur thermique qui entraine le moteur électrique fonctionnant en mode génératrice.

Dans la suite de la présente demande, il est décrit comment, en fonction de la température interne de la batterie (« température batterie » ou Tbat par la suite) et en fonction de la température de l'air extérieur (« température ambiante » ou Tamb par la suite), on peut déterminer selon l'invention le SOC minimal cible pour respecter des exigences de performance, qu'il s'agisse de décoller le véhicule ou de toute autre prestation, non seulement durant le roulage en cours, mais également durant le roulage suivant.

Pour le roulage en cours, on peut se baser sur la température de la batterie connue en temps réel, afin de calculer un niveau de SOC cible, appelé SOC_cible_actuel par la suite.

Pour le roulage suivant, on peut se baser sur la prédiction de la température batterie future, en fonction de la température ambiante connue en temps réel, afin de calculer un niveau de SOC cible, appelé SOC_cible_futur par la suite.

Le SOC cible final est le maximum entre SOC_cible_actuel, SOC_cible_futur et un SOC cible minimum indépendant de la température, par exemple le SOC minimum entretenu par la fonction de « charge sustaining ».

PREDICTION DE LA TEMPERATURE BATTERIE

La prédiction de la température batterie future dépend :

1 . De l'inertie thermique de la batterie et du temps écoulé entre le roulage courant et le roulage futur ; 2. De la variation de température ambiante entre le roulage courant et le roulage futur.

Ces informations peuvent être connues à l'avance, par exemple si le roulage futur est programmé et si un accès aux informations météorologiques est possible. Lorsque cela n'est pas le cas, il est aussi possible de faire des prévisions basées sur les statistiques météorologiques de la région, les statistiques de temps d'arrêt entre deux roulages et l'identification de l'inertie thermique de la batterie.

La figure 1 illustre par un graphe un exemple de valeurs de chute de la température ambiante (X) que l'on peut utiliser pour le calcul prédictif de la température future de la batterie. Afin d'éviter des dégradations de puissance, on peut calibrer la prédiction de la température ambiante de façon plutôt pessimiste, par exemple en prenant une chute de Tamb de 15°C constante pour les Tamb positives. Lorsque Tamb atteint son minimum, par exemple - 20°C environ à Paris, on considère que Tamb ne pourra pas aller en dessous, on prend donc la chute de Tamb égale à 0. Une interpolation linéaire entre Tamb=0°C et Tamb= - 20°C environ est un exemple de variation de Tamb pour le calcul prédictif selon l'invention à Paris.

Ainsi, si l'on considère un temps écoulé entre le roulage courant et le roulage suivant suffisament long pour que la température de la batterie ait le temps de converger vers Tamb prédite, le graphe de la figure 2 illustre, à partir de la chute de Tamb de la figure 1 , la prédiction de Tbat future en fonction de Tamb actuelle.

ESTIMATION DU SOC CIBLE ACTUEL

L'invention exploite le lien entre le SOC de la batterie et la puissance maximale disponible dans la batterie : lorsque le SOC augmente, la puissance maximale disponible augmente également et vice-versa. Ce lien peut, par exemple, être caractérisé dans des tables donnant la puissance maximale disponible de la batterie en fonction de sa température et de son état de charge, ou par un autre algorithme implémenté dans le calculateur de la batterie.

Un principe du présent exemple de réalisation est d'identifier ce lien en temps réel par une modélisation linéaire, du type par exemple de la méthode des moindres carrés récursive. En effet, la modélisation linéaire est cohérente si on se limite à une zone restreinte de niveau de SOC. Lorsque la batterie a une capacité assez élevée (ce qui est le cas sur la plupart des véhicules hybrides), les variations de SOC sont assez lentes pour permettre un nombre suffisant d'échantillons permettant de bien identifier le lien linéaire sur la zone restreinte. Dans le présent exemple de réalisation, la méthode des moindres carrés récursive peut s'écrire de la manière suivante, où a et b désignent les coefficents réels de linéarisation et t désigne le temps : Pbat t = a t) * SOC t) + b t)

Un autre principe du présent exemple de réalisation est de diminuer le poids des anciennes mesures au profit des plus récentes, suivant une loi exponentielle. Pour cela, à chaque étape de la récurrence, on multiplie le poids des anciennes mesures par un facteur d'oubli λ<1 , ainsi à la (n+1 )ième étape :

o La 1 ^ère estimation est pondérée par λ ^η

o La 2 ^ème estimation est pondérée par λ ^η~1

o La n ^ème estimation est pondérée par λ

o La nouvelle estimation est pondérée par 1

Soit

m ₌ P(t - l) x φ(0

J A(t) + f ^T (t) x p(t - 1) x fit)

_ Ρ(ϋ -__1_)φ(ί_) ^χ φ ^τ (t) x (i - l)

Où :

Matrice de covariance (2 x 2) ertetir des paramètres (2 x 1) φ = Ve te r de commande (2 x 1)

Et :

y(t) = Pbat t

Les avantages de l'utilisation d'une telle méthode sont multiples, mais on peut citer entre autres le fait que identifier le lien en temps réel permet d'être robuste aux variations de température ou encore au vieillissement de la batterie. On peut citer également le fait que le facteur d'oubli permet de régler le « filtrage » de l'apprentissage pour le rendre plus ou moins dynamique.

Afin d'augmenter la robustesse de la méthode, il peut éventuellement être avantageux d'y ajouter des améliorations optionnelles, comme d'écarter les échantillons où les variations de SOC et/ou de Pbat sont trop importantes. Il peut s'agir de bruits de mesure ou de perturbations indésirables, ou encore il peut s'agir de pics de charges / décharges pendant lesquels la batterie est trop « excitée » et sa tension (qui est l'image de la Pbat maximun disponible) augmente de façon ponctuelle.

On peut aussi envisager d'écarter les échantillons où les variations de SOC et de Pbat sont de signes opposés, par exemple les bruits de mesure ou les erreurs transitoires.

On peut aussi envisager d'écarter les échantillons où les variations de SOC et de Pbat sont trop petites, afin d'éviter de « saturer » la linéarisation avec des échantillons en doublon, dans le cas où le véhicule reste à l'arrêt avec une faible consommation des auxiliaires par exemple.

On peut aussi envisager de rajouter un délai d'initialisation de la méthode de linéarisation avant de la prendre en compte, afin de s'assurer d'un nombre d'échantillons suffisants (et pendant ce délai, on peut utiliser une valeur par défaut pour le SOC cible par exemple).

On peut enfin envisager de saturer les coefficients de la droite identifiée, afin d'assurer une pente minimale pour faire varier le SOC, pour couvrir le cas où, dès le démarrage, si le véhicule reste longtemps à l'arrêt avec une faible consommation des auxiliaires, le délai d'initialisation ne serait pas suffisant.

La figure 3 illustre la convergence du calcul de SOC_cible, en visant une puissance batterie minimum disponible de 45kW :

• à un instant t1 :

o SOC=19%,

o Tbat=-10°C,

o Pbat=12kW,

o SOC_cible_actuel=50%

• à un instant t2 :

o SOC=26%,

o Tbat=0°C,

o Pbat=35kW,

o SOC_cible_actuel =31 %

• à un instant t3 :

o SOC=31 %,

o Tbat=0°C, Pbat=42kW

SOC cible actuel

On peut voir dans l'exemple de la figure 3 que, grâce à la linéarisation locale et au lien monotone entre Pbat et SOC, les SOC cibles calculés font remonter le SOC courant jusqu'à converger vers le SOC correspondant à Pbat cible. On peut également observer que le calcul s'adapte aussi aux changements de température de la batterie (i.e. Tbat initial = Tamb = -10°C ; Tbat final = 0°C).

ESTIMATION DU SOC CIBLE FUTUR

Le principe est le même que celui décrit précédemment pour le calcul de SOC_cible_actuel. Le BMS envoie la projection du niveau de puissance maximale disponible dans la batterie correspondant au SOC courant et à la Tbat future. Le niveau d'exigence pour la performance lors du départ du roulage futur pouvant être différent par rapport aux exigences du roulage courant, les cibles de Pbat_max_decharge peuvent donc différer. La figure 4 illustre un exemple où Tamb actuelle vaut -15°C (Tbat prédite = -20°C) et Pbat cible pour le roulage futur vaut 15kW :

• à un instant t1 :

o SOC=19%,

o Tbat au roulage suivant=-20°C,

o Pbat=5kW,

o SOC_cible_futur=37%

• à un instant t2 :

o SOC=26%,

o Tbat au roulage suivant=-20°C,

o Pbat=1 1 kW,

o SOC_cible_futur=33%

• à un instant t3 :

o SOC=31 %,

o Tbat au roulage suivant=-20°C,

o Pbat=15kW,

o SOC cible futur=31 % Comme dans le cas précédent, on peut voir dans l'exemple de la figure 4 que, grâce à la linéarisation locale et au lien monotone entre Pbat et SOC, les SOC cibles calculés font remonter le SOC courant jusqu'à converger vers le SOC correspondant à Pbat cible.

ESTIMATION DU SOC CIBLE FINAL Le SOC cible final est le maximum entre :

• le SOC cible calculé pour le roulage courant ;

• le SOC cible calculé pour le roulage futur ;

• le SOC cible minimum nécessaire pour assurer la régulation du SOC en « charge sustaining ».

L'invention décrite précédemment a donc bien pour principal avantage d'ajuster le niveau de charge batterie en fonction des températures interne et ambiante, afin de garantir un niveau de performance minimum requis (qu'il s'agisse de décoller le véhicule ou de toute autre prestation), pour le roulage en cours comme pour le roulage suivant.