Stratégies de contrôle des véhicules hybrides

Il existe plusieurs possibilités de contrôle de l’interaction entre les différentes sources d’énergie. Les émissions et la consommation dépendent énormément de la stratégie de contrôle adoptée. ADVISOR contient des stratégies de contrôle pour les véhicules hybrides parallèles, séries et pour des véhicules spécifiques comme la Toyota Prius et la Honda Insight.

Toutes ces stratégies de contrôle sont basées sur l’état de charge des batteries comme paramètre d’entrée du système de contrôle.

2.5.5.1 Stratégie parallèle

Le moteur électrique est utilisé pour fournir la puissance additionnelle (quand le véhicule en a besoin) et pour maintenir la charge des batteries. La stratégie utilisée est relativement simple et gère le moteur électrique de différentes manières:

- le moteur électrique fournit tout le couple nécessaire tant que la vitesse du véhicule ne dépasse pas un certain seuil,

- le moteur électrique fournit le couple additionnel quand le moteur thermique n’est pas capable de fournir le couple demandé dans sa plage de fonctionnement normal,

- le moteur électrique charge les batteries pendant le freinage,

- il remplace le moteur thermique lorsque celui-ci ne fonctionne pas efficacement (par exemple à basse vitesse),

- si l’état de charge des batteries est bas, le moteur thermique fournit un supplément de couple au moteur électrique pour charger les batteries,

2.5.5.2 Stratégie série

La stratégie de contrôle de l’hybride série gère le couple et la vitesse de rotation du moteur thermique suivant la demande du générateur et l’état de charge des batteries:

- le moteur peut être coupé si la charge des batteries est suffisamment élevée, - il peut être rallumé si la puissance requise par le générateur est suffisante, - et si l’état de charge des batteries est trop bas.

La puissance du moteur thermique doit être suffisante pour que le générateur puisse suivre la demande du véhicule. Mais le fonctionnement du moteur thermique peut être influencé de diverses manières:

- la puissance fournie peut être fonction de l’état de charge des batteries que l’on essaie de maintenir au centre de son intervalle de variation,

- la puissance délivrée peut être maintenue au-dessus d’une borne minimale,

- la puissance délivrée peut être limitée par une borne maximale, qui sera dépassée si l’état de charge des batteries est trop faible pour fournir la puissance nécessaire,

- les variations de la puissance du moteur peuvent être limitées dans un certain intervalle.

2.5.5.3 Stratégie de contrôle de la Toyota Prius

Le flux de puissance (couple) entre le moteur thermique, le générateur et les roues, est contrôlé par un système planétaire. Pour une vitesse donnée et une puissance souhaitée (demande du cycle):

- déterminer le point de fonctionnement souhaité du moteur thermique (sur la courbe de rendement),

- déterminer la vitesse du générateur pour maintenir le moteur thermique au point de fonctionnement désiré,

- déterminer le couple moteur électrique nécessaire pour fournir la puissance aux roues ou pour récupérer l’énergie par freinage,

- les batteries fournissent la puissance supplémentaire si nécessaire ou récupèrent l’énergie de freinage.

Plusieurs scénarios sont possibles:

- pour un état de charge des batteries inférieur à 0.5, le moteur thermique est toujours allumé,

- si l’état de charge supérieur au seuil maximal (SOC high), pas besoin de charger les batteries,

- si l’état de charge inférieur au seuil minimal (SOC low), il est nécessaire de charger les batteries,

- les batteries sont rechargées par le freinage récupératif via le générateur.

2.5.5.4 Stratégie de contrôle de la Honda Insight

La Honda Insight bénéficie d’une stratégie assez élaborée pour la gestion de la motorisation hybride. Les paramètres de l’algorithme de gestion peuvent être modifiés.

- Assistance du moteur électrique pendant les accélérations du véhicule et régénération pendant les phases de freinage:

Figure 2. 15: Zones de fonctionnement optimal de la motorisation électrique dans la stratégie de gestion de l'énergie de la Honda Insight

Cs_dl_assist_threshold Couple de transmission en dessous duquel la machine électrique n'apporte pas d'assistance

25 Nm

Cs_mc_assist_min_frac Couple minimum fourni par le moteur électrique quand le couple de transmission est au-dessus du seuil (fraction du coup max)

0,129 Nm Cs_mc_assist_slope Fraction (pente de la ligne) du couple de transmission fournit par le moteur

électrique quand le couple de transmission est au-dessus du seuil

1/11

Cs_mc_assist_max_frac Couple maximum demandé au moteur électrique en assistance (fraction du couple maximum)

0,32

Cs_dl_regen_trq_threshold Couple de transmission régénératif au-dessus duquel la machine électrique ne régénère pas à faible vitesse

-15 Nm

Cs_mc_regen_min_frac Couple régénératif minimum fourni par le moteur électrique quand le couple de transmission dépasse le seuil de régénération (fraction du couple) régénératif max)

0 Nm

Cs_mc_regen_slope Fraction (pente de la ligne) du couple négatif de transmission régénéré par le moteur électrique quand le couple de transmission dépasse le seuil

0,7

Cs_mc_regen_max_frac Couple régénératif maximum demandé au moteur électrique en régénération/freinage (fraction du couple maximum)

1

Cs_decel_regen_threshold Vitesse pendant la décélération en dessous de laquelle le moteur électrique ne régénère pas

4,5 m/s

Table 2.16 : Légende des paramètres de contrôle et leurs valeurs par défaut par la loi de contrôle de la Honda Insight

- Caractéristiques on-off:

Le moteur thermique reste allumé la plupart du temps. Il ne se coupe que si toutes les conditions suivantes sont respectées:

- le moteur est chaud

- le SOC de la batterie > SOC min (20 %) - le véhicule décélère ou s'arrête

- la vitesse du véhicule < 4,0 m/s (10mph) - le véhicule ne change pas de vitesse

2.6 Evolution du marché des