FR3140715A1 - ELECTRIC MOTORIZATION SYSTEM FOR A MOTOR VEHICLE COMPRISING AN ELECTRICALLY ACTUATED SYSTEM EQUIPPED WITH A REDUNDANT POWER SUPPLY - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un véhicule automobile électrifié comprenant un système à actionnement électrique (12), un système d’alimentation électrique (13) comprenant un premier moyen de stockage d’énergie électrique principal (131) alimentant une machine électrique de traction du véhicule et un premier convertisseur de tension continu/continu (132) pour l’alimentation du système à actionnement électrique (12). Selon l’invention, le système d’alimentation (13) comporte en outre une alimentation électrique de redondance (136) alimentant exclusivement le système à actionnement électrique (12), l’alimentation de redondance (136) étant alimentée par le moyen de stockage principal (131) et comportant un deuxième convertisseur de tension continu/continu (134) et un moyen de stockage d’énergie auxiliaire (135). L’invention s’applique au véhicule automobile électrique et hybride. Figure 2.The present invention relates to an electrified motor vehicle comprising an electrically actuated system (12), an electrical power supply system (13) comprising a first main electrical energy storage means (131) supplying an electrical traction machine of the vehicle and a first DC/DC voltage converter (132) for powering the electrically actuated system (12). According to the invention, the power supply system (13) further comprises a redundancy power supply (136) exclusively supplying the electrically actuated system (12), the redundancy power supply (136) being powered by the storage means main (131) and comprising a second DC/DC voltage converter (134) and auxiliary energy storage means (135). The invention applies to electric and hybrid motor vehicles. Figure 2.
Description
Le domaine de l’invention concerne un véhicule automobile comportant un système à actionnement électrique de type « by-wire » équipé d’une alimentation de redondance. L’invention s’applique à l’alimentation d’un système de direction et d’un système de freinage, notamment.The field of the invention relates to a motor vehicle comprising an electrically actuated system of the “by-wire” type equipped with a redundancy power supply. The invention applies to the power supply of a steering system and a braking system, in particular.
Dans un véhicule automobile équipé d’un système à actionnement électrique de type « by-wire », en termes anglo-saxon, tel que pour une direction ou un système de freinage, aucun lien mécanique n’est pas présent entre l’organe de commande et les actionneurs. L’alimentation électrique des systèmes de véhicules électrifiés, c’est à dire à motorisation électrique (totalement ou partiellement), doit être sécurisée conformément à des normes établies du secteur, notamment la norme ISO 26262 (« Véhicules routiers-sécurité fonctionnelle »). En référence à cette norme, le niveau ASIL D (« Automotive Safety Integrity Level » en anglais) par exemple correspond à un niveau d’exigence d’intégrité le plus élevé que les constructeurs ont pour objectif de respecter pour les systèmes les plus critiques d’un véhicule automobile, notamment le système de direction et le système de freinage à actionnement électrique.In a motor vehicle equipped with an electrically actuated system of the "by-wire" type, in Anglo-Saxon terms, such as for a steering or a braking system, no mechanical link is not present between the organ of control and actuators. The power supply of electrified vehicle systems, i.e. electric motorized (totally or partially), must be secured in accordance with established sector standards, in particular the ISO 26262 standard (“Road vehicles – functional safety”). With reference to this standard, the ASIL D level (“Automotive Safety Integrity Level”) for example corresponds to the highest level of integrity requirements that manufacturers aim to respect for the most critical systems. a motor vehicle, in particular the steering system and the electrically actuated braking system.
L’alimentation électrique de ces systèmes est généralement pourvue d’une alimentation redondante visant à fournir les besoins électriques nécessaires au moins pour amener le véhicule en situation de sécurité en cas de défaillance de l’alimentation principale.The power supply of these systems is generally provided with a redundant power supply intended to provide the electrical requirements necessary at least to bring the vehicle to safety in the event of a failure of the main power supply.
On connaît de l’état de la technique le document brevet FR-A1-3072623 qui décrit un procédé de répartition d'énergie électrique d'un véhicule automobile à motorisation thermique qui comprend un accumulateur principal, un alternateur, une direction à actionnement électrique alimentée électriquement par l'alternateur et par l'accumulateur auxiliaire. La répartition électrique est pilotée de manière que l’alternateur recharge l’accumulateur auxiliaire en cas de défaillance pour assurer les besoins de la direction à actionnement électrique.We know from the state of the art the patent document FR-A1-3072623 which describes a method of distributing electrical energy of a motor vehicle with a thermal engine which comprises a main accumulator, an alternator, a powered electrically actuated steering electrically by the alternator and by the auxiliary accumulator. The electrical distribution is controlled so that the alternator recharges the auxiliary accumulator in the event of a failure to meet the needs of the electrically actuated steering.
On connaît également le document brevet DE10053335B4 qui décrit un système d’alimentation électrique pour une direction à actionnement électrique comprenant une alimentation principale et une alimentation de redondance. Le système d’alimentation principal, de type 42V, alimente directement la direction électrique et l’alimentation redondante est de type 14V. L’alimentation de redondance est activée par pilotage de commutateurs électriques.We also know the patent document DE10053335B4 which describes an electrical power supply system for electrically actuated steering comprising a main power supply and a redundancy power supply. The main power supply system, 42V type, directly powers the electric steering and the redundant power supply is 14V type. The redundancy power supply is activated by controlling electrical switches.
L’inconvénient de ce type d’alimentation dépendant de composants de commutation électrique est qu’il présente peu de marge énergétique en mode de fonctionnement dégradé dont l’activation peut être parfois erratique. La mise au point du pilotage des commutateurs est souvent très sensible et requière un ajustement précis afin de respecter les exigences de sécurité et à la fois une disponibilité permanente de l’alimentation de redondance. Par ailleurs, les composants de commutation sont particulièrement sensibles aux contraintes thermiques et aux stress électriques qui rendent d’autant plus difficile le respect des exigences de sécurité fonctionnelle d’un niveau ASIL D.The disadvantage of this type of power supply dependent on electrical switching components is that it has little energy margin in degraded operating mode, the activation of which can sometimes be erratic. The adjustment of switch control is often very sensitive and requires precise adjustment in order to respect safety requirements and at the same time permanent availability of redundant power. Furthermore, switching components are particularly sensitive to thermal constraints and electrical stresses which make it all the more difficult to comply with the functional safety requirements of an ASIL D level.
Il existe donc un besoin de pallier les problèmes précités. Un objectif de l’invention est de concevoir un système d’alimentation dont la conception permet de garantir et de démontrer plus facilement le respect des normes d’exigence en termes de sécurité fonctionnelle des systèmes critiques d’un véhicule automobile. Un autre objectif est d’intégrer un système d’alimentation sécurisé présentant un niveau de disponibilité garanti pour le mode nominal pouvant s’activer fréquemment et, pour le mode dégradé qui sera exceptionnel, de l’ordre d’une ou deux occurrences dans la vie du véhicule, et qui devra être suffisamment fiable au moment où le besoin subviendra.There is therefore a need to overcome the aforementioned problems. An objective of the invention is to design a power system whose design makes it possible to more easily guarantee and demonstrate compliance with the standards required in terms of functional safety of the critical systems of a motor vehicle. Another objective is to integrate a secure power supply system presenting a guaranteed level of availability for the nominal mode which can be activated frequently and, for the degraded mode which will be exceptional, of the order of one or two occurrences in the life of the vehicle, and which must be sufficiently reliable when the need arises.
Plus précisément, l’invention concerne un système de motorisation électrique d’un véhicule automobile électrifié comprenant un système à actionnement électrique, un système d’alimentation électrique comprenant un premier moyen de stockage d’énergie électrique principal alimentant une machine électrique de traction du véhicule et un premier convertisseur de tension continu/continu alimenté par le moyen de stockage principal et connecté à une borne d’alimentation principale du système à actionnement électrique.More specifically, the invention relates to an electric motor system of an electrified motor vehicle comprising an electrically actuated system, an electrical power supply system comprising a first main electrical energy storage means supplying an electrical traction machine of the vehicle and a first DC/DC voltage converter powered by the main storage means and connected to a main power terminal of the electrically actuated system.
Selon l’invention, le système d’alimentation comporte en outre une alimentation électrique de redondance alimentant exclusivement le système à actionnement électrique, l’alimentation de redondance étant alimentée par le moyen de stockage principal et comportant un deuxième convertisseur de tension continu/continu et un moyen de stockage d’énergie auxiliaire alimenté électriquement par le deuxième convertisseur, le deuxième convertisseur et le moyen de stockage auxiliaire étant tout deux connectés électriquement en permanence en fonctionnement nominal à une borne d’alimentation auxiliaire du système à actionnement électrique.According to the invention, the power supply system further comprises a redundancy power supply exclusively supplying the electrically actuated system, the redundancy power supply being powered by the main storage means and comprising a second DC/DC voltage converter and auxiliary energy storage means electrically powered by the second converter, the second converter and the auxiliary storage means both being permanently electrically connected in nominal operation to an auxiliary power terminal of the electrically actuated system.
Le système de motorisation selon l’invention peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison :The motorization system according to the invention may include the following additional characteristics, alone or in combination:
- l’alimentation de redondance est reliée électriquement en permanence au moyen de stockage principal en fonctionnement nominal dudit moyen de stockage principal ;- the redundancy power supply is permanently electrically connected to the main storage means in nominal operation of said main storage means;
- le deuxième convertisseur de tension délivre une tension d’alimentation comprise entre 0,5 volts et 16 volts et est piloté par une consigne de régulation de tension de maintien de l’état de charge du moyen de stockage auxiliaire à un niveau compris entre 50 % et 85 % d’état de charge de la capacité totale du moyen de stockage auxiliaire ;- the second voltage converter delivers a supply voltage of between 0.5 volts and 16 volts and is controlled by a voltage regulation setpoint for maintaining the state of charge of the auxiliary storage means at a level of between 50 % and 85% state of charge of the total capacity of the auxiliary storage means;
- le moyen de stockage auxiliaire est apte à fournir toute la puissance d’alimentation électrique de la borne d’alimentation auxiliaire du système à actionnement électrique, et le deuxième convertisseur est apte, en cas de baisse de tension temporaire du moyen de stockage auxiliaire, à fournir une partie de la puissance demandée par le système à actionnement électrique ;- the auxiliary storage means is capable of supplying all the electrical supply power of the auxiliary power supply terminal of the electrically actuated system, and the second converter is capable, in the event of a temporary drop in voltage of the auxiliary storage means, to provide part of the power requested by the electrically actuated system;
- le moyen de stockage principal est une batterie de cellules électrochimiques qui délivre une tension comprise entre 120 volts et 900 volts ;- the main storage means is a battery of electrochemical cells which delivers a voltage of between 120 volts and 900 volts;
- le premier convertisseur de tension délivre une tension d’alimentation comprise entre 8 volts et 16 volts ;- the first voltage converter delivers a supply voltage of between 8 volts and 16 volts;
- le moyen de stockage d’énergie auxiliaire délivre une tension comprise entre 13 volts et 15 volts ;- the auxiliary energy storage means delivers a voltage between 13 volts and 15 volts;
- le moyen de stockage d’énergie auxiliaire est une ultra-capacité, par exemple de type à double couche électrique appelé EDLC (« Electrochemical Double Layer Capacitor » en anglais) ;- the auxiliary energy storage means is an ultra-capacitor, for example of the electrical double layer type called EDLC (“Electrochemical Double Layer Capacitor” in English);
- le moyen de stockage d’énergie auxiliaire est une batterie de type Lithium-ion, ou toute autre technologie de stockage par exemple de type Ni-mh, Lithium-Fer-Phosphate, plomb ;- the auxiliary energy storage means is a Lithium-ion type battery, or any other storage technology, for example Ni-mh, Lithium-Iron-Phosphate, lead type;
On envisage selon l’invention un véhicule automobile électrifié comprenant un système de motorisation selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents, dans lequel le système à actionnement électrique est un système de direction, un système de freinage ou un système de frein de stationnement.According to the invention, an electrified motor vehicle is envisaged comprising a motor system according to any one of the preceding embodiments, in which the electrically actuated system is a steering system, a braking system or a parking brake system. .
L’invention présente l’avantage de supprimer de l’architecture d’alimentation de redondance les composants de commutation, de type MOSFET pilotés électroniquement et habituellement utilisés pour activer la branche de redondance et se basant sur divers signaux électroniques dont il faut garantir la fiabilité pour assurer la disponibilité en mode nominal et mode dégradé. La branche de redondance prévoit un convertisseur dédié et relié électriquement, directement et en permanence en fonctionnement nominal, à un moyen de stockage d’énergie auxiliaire, de préférence une ultra-capacité, dont la technologie est avantageusement choisie de sorte qu’il ne comporte pas de moyen de protection à commutateur piloté électroniquement.The invention has the advantage of removing from the redundancy power supply architecture the switching components, of the electronically controlled MOSFET type and usually used to activate the redundancy branch and based on various electronic signals whose reliability must be guaranteed to ensure availability in nominal mode and degraded mode. The redundancy branch provides a dedicated converter and electrically connected, directly and permanently in nominal operation, to an auxiliary energy storage means, preferably an ultra-capacity, the technology of which is advantageously chosen so that it does not include no electronically controlled switch protection means.
L’invention améliore la disponibilité en mode nominal, pouvant être de fréquente activation, du fait que cette ultra-capacité est reliée directement à la borne d’alimentation redondante du système à actionnement électrique à sécuriser.The invention improves availability in nominal mode, which can be activated frequently, due to the fact that this ultra-capacity is connected directly to the redundant power supply terminal of the electrically actuated system to be secured.
Grace à cela, l’invention améliore la robustesse de l’alimentation de redondance en la décomposant en deux systèmes simples formés d’un convertisseur DC/DC et du moyen de stockage auxiliaire permettant de répondre aux objectifs de fiabilité et de disponibilité contribuant à un niveau ASIL D.Thanks to this, the invention improves the robustness of the redundancy power supply by breaking it down into two simple systems formed by a DC/DC converter and auxiliary storage means making it possible to meet the objectives of reliability and availability contributing to a ASIL D level.
En effet, ces deux composants sont facilement validables en ASIL QM ou A pour le convertisseur DC/DC, et ASIL B ou C pour le moyen de stockage auxiliaire, et avec des modes d’endommagement et de ruine connus. Ces composants facilitent la maitrise des métriques du système, simplifient un diagnostic et améliore la disponibilité tout en respectant les objectifs de sécurité fonctionnelle. Avec cette invention, le niveau d’exigence en termes de sécurité fonctionnelle de la branche redondante peut atteindre, suivant le niveau de démonstration, un niveau ASIL C, voire D.Indeed, these two components are easily validated in ASIL QM or A for the DC/DC converter, and ASIL B or C for the auxiliary storage means, and with known modes of damage and ruin. These components facilitate the control of system metrics, simplify diagnosis and improve availability while respecting functional safety objectives. With this invention, the level of requirements in terms of functional safety of the redundant branch can reach, depending on the demonstration level, an ASIL level C, or even D.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :Other characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the detailed description which follows including embodiments of the invention given by way of non-limiting examples and illustrated by the appended drawings, in which:
L’invention concerne les véhicules électrifiés à motorisation électrique comprenant un système à actionnement électrique et un système d’alimentation embarqué destiné à fournir l’énergie nécessaire pour le fonctionnement du véhicule. L’invention s’applique aux véhicules électrifiés, c’est-à-dire à motorisation totalement électrique et à motorisation hybride partiellement électrique.The invention relates to electrified vehicles with electric motors comprising an electrically actuated system and an on-board power system intended to provide the energy necessary for the operation of the vehicle. The invention applies to electrified vehicles, that is to say with a fully electric engine and a partially electric hybrid engine.
En
Le véhicule peut être à motorisation entièrement électrique. La machine électrique de traction 11 peut être reliée aux roues directrices par une transmission mécanique équipée d’un réducteur.The vehicle can be fully electric. The electric traction machine 11 can be connected to the steering wheels by a mechanical transmission equipped with a reduction gear.
Le véhicule peut être hybride à motorisation partiellement électrique et peut donc comporter aussi un moteur à combustion interne. La machine électrique de traction peut être attelée à l’arbre d’entrée d’une boite de vitesse dans laquelle elle est intégrée. Ce mode d’intégration de la machine électrique de traction n’est pas limitatif.The vehicle can be hybrid with a partially electric engine and can therefore also include an internal combustion engine. The electric traction machine can be coupled to the input shaft of a gearbox in which it is integrated. This mode of integration of the electric traction machine is not restrictive.
Dans la présente description, un système à actionnement électrique 12 peut être tout système dont le moyen de commande délivre une consigne convertie en un signal électrique qui commande en réponse un ou plusieurs actionneurs, par exemple un moteur électrique. Aucun lien mécanique d’actionnement n’est présent entre l’organe de commande et un actionneur. Un tel système à actionnement électrique est prévu généralement pour agir sur les roues du véhicule.In the present description, an electrically actuated system 12 can be any system whose control means delivers a setpoint converted into an electrical signal which in response controls one or more actuators, for example an electric motor. No mechanical actuation link is present between the control member and an actuator. Such an electrically actuated system is generally designed to act on the wheels of the vehicle.
Le système à actionnement électrique 12 peut être un système de direction assistée électrique qui commande les roues directrices du véhicule pouvant être au nombre de deux roues ou quatre roues. La direction est à actionnement électrique et est de type « by-wire », c’est à dire que la rotation du volant du véhicule est convertie en un signal électrique exploité par la direction 12 qui commande en réponse un ou plusieurs actionneurs électriques dédiés à chaque roue directrice de sorte à faire pivoter l’axe de rotation. L’énergie permettant d’orienter les axes de rotation des roues est uniquement électrique. La direction est exclusivement à commande électrique. Aucun lien mécanique n’est présent entre l’organe de commande des roues, c’est-à-dire le volant, et les roues directrices.The electrically actuated system 12 may be an electric power steering system which controls the steering wheels of the vehicle which may be two wheels or four wheels. The steering is electrically actuated and is of the "by-wire" type, that is to say that the rotation of the steering wheel of the vehicle is converted into an electrical signal used by the steering 12 which in response controls one or more electric actuators dedicated to each steering wheel so as to pivot the axis of rotation. The energy used to orient the axes of rotation of the wheels is solely electric. The steering is exclusively electrically controlled. No mechanical link is present between the wheel control member, that is to say the steering wheel, and the steering wheels.
Le système à actionnement électrique 12 peut être un système de freinage. Une commande de freinage, c’est-à-dire de la pédale de frein, est convertie en un signal électrique exploité par le système de freinage qui commande en réponse un ou plusieurs actionneurs électriques de sorte à exercer une force de freinage sur les roues.The electrically actuated system 12 may be a braking system. A braking command, i.e. the brake pedal, is converted into an electrical signal used by the braking system which in response controls one or more electrical actuators so as to exert a braking force on the wheels .
Le système à actionnement électrique 12 peut être aussi un frein de stationnement, éventuellement. L’organe de commande est un levier de vitesse ou bouton.The electrically actuated system 12 can also be a parking brake, possibly. The control unit is a gear lever or button.
Le système d’alimentation 13 est prévu pour fournir les besoins en énergie des systèmes électriques du véhicule, la machine électrique de traction 11, le système à actionnement électrique 12 et de manière générale tous les systèmes embarqués sur le réseau de bord, par exemple des calculateurs associés à des fonctions, comme le système de régulation thermique de l’habitacle, l’info- divertissement, l’éclairage, la signalisation, la protection passive et active des occupants et les fonctions de confort comme les sièges massant, l’éclairage d’ambiance ainsi que les calculateurs de la machine électrique et du système de batterie de traction, le cas échéant, notamment.The power supply system 13 is intended to supply the energy requirements of the vehicle's electrical systems, the electric traction machine 11, the electrically actuated system 12 and generally all the systems on-board the on-board network, for example computers associated with functions, such as the cabin thermal regulation system, infotainment, lighting, signaling, passive and active occupant protection and comfort functions such as massaging seats, lighting ambient as well as the computers of the electric machine and the traction battery system, where applicable, in particular.
Plus précisément, le système d’alimentation 13 comporte des moyens de stockage d’énergie électrique, classiquement un système de batterie de traction, dite haute tension et une batterie dite accessoire ayant une tension comprise entre 8 volts et 16 volts. La batterie accessoire alimente le réseau de bord du véhicule, notamment lorsque le véhicule est en mode dit de « standby » ou de veille (chaine de traction éteinte, occupant à bord ou pas, véhicule avec portes verrouillées ou pas) par exemple.More precisely, the power supply system 13 comprises electrical energy storage means, conventionally a traction battery system, called high voltage, and a so-called accessory battery having a voltage of between 8 volts and 16 volts. The accessory battery supplies power to the vehicle's on-board network, particularly when the vehicle is in so-called "standby" or standby mode (traction chain off, occupant on board or not, vehicle with doors locked or not) for example.
Selon l’invention, le système d’alimentation 13 comporte en outre une branche de redondance dédiée exclusivement pour l’alimentation du système à actionnement électrique 12.According to the invention, the power supply system 13 further comprises a redundancy branch dedicated exclusively to powering the electrically actuated system 12.
En
Le système d’alimentation 13 comporte un moyen de stockage d’énergie électrique principal 131, pouvant être une batterie de traction, laquelle comprend des éléments de stockage d’énergie comportant des cellules électrochimiques, par exemple de type Lithium-ion, Ni-mh, Lithium-Fer-Phosphate, plomb ou bien encore pile à combustible. La batterie de traction 131 alimente la machine électrique de traction du véhicule, ainsi qu’un réseau dit haute tension comprenant des convertisseurs de tension DC/DC pour l’alimentation électrique des systèmes embarqués. D’autres composants électriques peuvent être alimentés par le réseau haute tension. La batterie de traction est prévue pour fournir une tension supérieure à 120 volts.The power supply system 13 comprises a main electrical energy storage means 131, which may be a traction battery, which comprises energy storage elements comprising electrochemical cells, for example of the Lithium-ion, Ni-mh type. , Lithium-Iron-Phosphate, lead or even fuel cells. The traction battery 131 supplies the electric traction machine of the vehicle, as well as a so-called high voltage network comprising DC/DC voltage converters for the electrical supply of the on-board systems. Other electrical components can be powered by the high voltage network. The traction battery is designed to provide a voltage greater than 120 volts.
Dans cet exemple, la tension de la batterie de traction 131 est de type 400 volts selon le mode de réalisation préférentielle. La tension est comprise entre 350 volts et 450 volts en fonctionnement nominal, la tension dépendant notamment du niveau d’état de charge de la batterie. En variante, la tension peut être supérieure, de type 800 volts (comprise entre 700 volts et 900 volts), ou voire plus. Le système d’alimentation 13 comporte en outre un chargeur embarqué (non représenté sur la
De façon connue en soi, le système de stockage principal 131 peut comporter des moyens de protection électrique, de type contacteurs haute tension, dont la fonction est d’isoler la batterie des autres systèmes électriques du véhicule. En fonctionnement nominal et sécuritaire de la batterie de traction, les contacteurs haute tension reliant les systèmes électriques du véhicule sont fermés. A l’arrêt et lorsque le véhicule est en contact « OFF » et véhicule en veille (« STAND-BY »), ces contacteurs sont généralement ouverts. In a manner known per se, the main storage system 131 may include electrical protection means, such as high voltage contactors, the function of which is to isolate the battery from the other electrical systems of the vehicle. In nominal and safe operation of the traction battery, the high voltage contactors connecting the vehicle's electrical systems are closed. When stopped and when the vehicle is in “OFF” and vehicle on standby (“STAND-BY”) contact, these contactors are generally open .
Le système d’alimentation 13 comporte une branche d’alimentation principale comprenant un premier convertisseur de tension 132 DC/DC prévu pour l’alimentation d’une pluralité de systèmes embarqués du véhicule, parmi lesquels les calculateurs du véhicule, la direction à actionnement électrique, le freinage à actionnement électrique, ou bien encore le système de régulation thermique du véhicule, ou les systèmes de l’habitacle.The power system 13 comprises a main power supply branch comprising a first voltage converter 132 DC/DC provided for powering a plurality of on-board systems of the vehicle, including the vehicle's computers, the electrically actuated steering , electrically actuated braking, or even the vehicle's thermal regulation system, or the passenger compartment systems.
Dans la présente description, étant donné que l’invention concerne plus spécifiquement l’alimentation du système d’actionnement électrique de direction ou de freinage, nous avons représenté uniquement un système d’actionnement électrique 12 dont une borne d’alimentation principale B1 est connectée électriquement à la tension d’alimentation continue délivrée par le convertisseur 132, dans cet exemple en basse tension dans une plage de valeurs comprises entre 8 volts et 16 volts. La tension d’alimentation délivrée par le convertisseur 132 dépend des spécifications électriques du système à actionnement électrique 12 et peut être de valeur distincte. Dans tous les cas, le niveau de tension est inférieur à la tension délivrée par la batterie de traction 131 alimentant le convertisseur 132.In the present description, given that the invention relates more specifically to the power supply of the electric steering or braking actuation system, we have shown only an electric actuation system 12 to which a main power supply terminal B1 is connected electrically to the DC supply voltage delivered by the converter 132, in this example at low voltage in a range of values between 8 volts and 16 volts. The supply voltage delivered by the converter 132 depends on the electrical specifications of the electrically actuated system 12 and can be of distinct value. In all cases, the voltage level is lower than the voltage delivered by the traction battery 131 supplying the converter 132.
L’architecture d’alimentation électrique de chaque système à actionnement électrique du véhicule pour lequel une alimentation de redondance est nécessaire pour le respect d’exigences de sécurité fonctionnelle peut être identique à celle de la
Le système d’alimentation 13 comporte en outre une branche d’alimentation de redondance 136 comportant un deuxième convertisseur de tension 134 DC/DC alimenté électriquement par la batterie de traction 131. Le deuxième convertisseur 134 est relié électriquement et en permanence à la batterie de traction 131, c’est à dire que le deuxième convertisseur 134 est alimenté en permanence par la batterie de traction 131 en fonctionnement nominal de la batterie 131 lorsque celle-ci alimente les systèmes électriques du véhicule.The power supply system 13 further comprises a redundancy power supply branch 136 comprising a second DC/DC voltage converter 134 powered electrically by the traction battery 131. The second converter 134 is electrically and permanently connected to the traction battery. traction 131, that is to say that the second converter 134 is permanently powered by the traction battery 131 in nominal operation of the battery 131 when the latter supplies the electrical systems of the vehicle.
Dans toute la description, le terme en permanence au sens de la connexion électrique entre deux composants, par exemple entre le convertisseur 134 de l’alimentation de redondance et la batterie de traction 131, signifie qu’il n’y a pas de composants de commutation électrique, de type MOSFET, configurés pour s’activer spécifiquement en réponse à un besoin de reconfiguration de l’alimentation électrique. On améliore ainsi la fiabilité et disponibilité de la branche de redondance. En particulier, cette configuration permet de répondre aux exigences de sécurité de type ASIL D particulièrement contraignantes pour des composants de commutation électronique dont il faut garantir et démontrer la fiabilité du composant ainsi que le comportement des signaux électroniques de pilotage du commutateur.Throughout the description, the term permanently in the sense of the electrical connection between two components, for example between the converter 134 of the redundancy power supply and the traction battery 131, means that there are no components of electrical switching, of the MOSFET type, configured to activate specifically in response to a need to reconfigure the power supply. This improves the reliability and availability of the redundancy branch. In particular, this configuration makes it possible to meet the particularly restrictive ASIL D type safety requirements for electronic switching components for which the reliability of the component as well as the behavior of the electronic switch control signals must be guaranteed and demonstrated.
Le deuxième convertisseur 134 délivre une tension d’alimentation exclusivement à un moyen de stockage d’énergie auxiliaire 135 et au système d’actionnement 12 sur une deuxième borne d’alimentation auxiliaire B2. La sortie d’alimentation du convertisseur 134 est connectée à la deuxième borne B2.The second converter 134 delivers a supply voltage exclusively to an auxiliary energy storage means 135 and to the actuation system 12 on a second auxiliary power supply terminal B2. The power output of converter 134 is connected to the second terminal B2.
Le deuxième convertisseur 134 délivre une tension d’alimentation comprise entre 0,5 volts et 16 volts. La fonction principale est d’assurer la charge du moyen de stockage auxiliaire 135 à tout instant en fonctionnement nominal de la batterie de traction 131.The second converter 134 delivers a supply voltage of between 0.5 volts and 16 volts. The main function is to ensure the charging of the auxiliary storage means 135 at all times in nominal operation of the traction battery 131.
Le deuxième convertisseur 134 est apte à délivrer une tension en phase de recharge de la batterie de traction 131 et dès que la machine électrique de traction du véhicule est en capacité de délivrer un couple moteur à la roue. Une variante peut être d’avoir les convertisseurs principal 132 et redondant 134 commandés au moment d’une sollicitation du client comme par exemple la demande de déverrouillage du véhicule, l’ouverture d’une porte ou toute autre fonctions sollicitées comme l’info divertissement.The second converter 134 is able to deliver a voltage during the recharging phase of the traction battery 131 and as soon as the electric traction machine of the vehicle is capable of delivering a motor torque to the wheel. A variant can be to have the main 132 and redundant 134 converters controlled at the time of a request from the customer such as for example the request to unlock the vehicle, the opening of a door or any other requested functions such as infotainment .
La tension d’alimentation délivrée par le convertisseur 134 dépend des spécifications électriques du système d’actionnement électrique 12 et peut être de valeur distincte. Le niveau de tension est inférieur à la tension délivrée par la batterie de traction 131 alimentant le convertisseur 134.The supply voltage delivered by the converter 134 depends on the electrical specifications of the electrical actuation system 12 and can be of distinct value. The voltage level is lower than the voltage delivered by the traction battery 131 supplying the converter 134.
En fonctionnement nominal, le moyen de stockage d’énergie auxiliaire 135 est alimenté en permanence par le deuxième convertisseur 134 et est relié électriquement en permanence à la borne d’alimentation auxiliaire B2 du système à actionnement électrique 12. Dans le cas exceptionnel de défaillance de la batterie de traction 131, le moyen de stockage auxiliaire assure les besoins énergétiques du système d’actionnement 12 pour mettre le véhicule en sécurité sans nécessité d’activer une reconfiguration des connexions de l’alimentation électrique.In nominal operation, the auxiliary energy storage means 135 is permanently powered by the second converter 134 and is permanently electrically connected to the auxiliary power supply terminal B2 of the electrically actuated system 12. In the exceptional case of failure of the traction battery 131, the auxiliary storage means ensures the energy needs of the actuation system 12 to bring the vehicle to safety without the need to activate a reconfiguration of the electrical power connections.
Le moyen de stockage d’énergie 135 est dans ce mode de réalisation préférentielle une ultra-capacité. Ce type de capacité ayant un niveau de fiabilité et sécuritaire élevé présente l’avantage qu’il n’est pas obligatoire d’intégrer un moyen de protection électrique pour la sécurité de surintensité et thermique. L’absence d’un tel moyen de protection facilite la validation en démonstration en regard des normes de sécurité, notamment ASIL D.The energy storage means 135 is in this preferred embodiment an ultra-capacity. This type of capacity having a high level of reliability and security has the advantage that it is not obligatory to integrate a means of electrical protection for overcurrent and thermal safety. The absence of such a means of protection facilitates demonstration validation with regard to safety standards, in particular ASIL D.
En variante, le moyen de stockage d’énergie 135 peut être une batterie de type Lithium-ion de tension comprise entre 13 volts et 15 volts. Le moyen de stockage d’énergie 135 peut dans cet exemple être un module de batterie intégrant un moyen de protection électrique contre l’emballement thermique, de type disjoncteur et/ou fusible. Ce moyen de protection est classique pour les modules à base de Lithium-ion. Alternatively, the energy storage means 135 can be a Lithium-ion type battery with a voltage of between 13 volts and 15 volts. The energy storage means 135 can in this example be a battery module integrating an electrical protection means against thermal runaway, of the circuit breaker and/or fuse type. This means of protection is classic for Lithium-ion based modules.
Dans cet exemple non limitatif, le moyen de stockage d’énergie 135 est apte à délivrer des pics de courant pouvant atteindre par exemple 75 ampères pour une période de durée de 0,5 secondes. Le moyen de stockage 135 est apte à délivrer plusieurs pics de courant successifs en fonction des sollicitations du conducteur.In this non-limiting example, the energy storage means 135 is capable of delivering current peaks which can reach, for example, 75 amperes for a period of 0.5 seconds. The storage means 135 is capable of delivering several successive current peaks depending on the demands of the conductor.
Le convertisseur de tension 134 est piloté par une consigne de régulation de tension et ou de courant suivant les lois prédéterminées par le superviseur du véhicule permettant de maintenir en charge le moyen de stockage d’énergie 135 à un niveau d’état de charge cible compris par exemple entre 50 % et 85 % d’état de charge de sa capacité totale. Les niveaux bas et haut étant définis par plusieurs paramètres comme la température d’environnement du stockeur, sa technologie, la puissance de la direction assistée, ou bien encore l’énergie à garantir en cas de défaillance de l’alimentation principale.The voltage converter 134 is controlled by a voltage and/or current regulation setpoint following the laws predetermined by the vehicle supervisor making it possible to maintain the energy storage means 135 at a target state of charge level included for example between 50% and 85% state of charge of its total capacity. The low and high levels are defined by several parameters such as the environmental temperature of the store, its technology, the power of the power steering, or even the energy to be guaranteed in the event of failure of the main power supply.
Le convertisseur 134 et le moyen de stockage d’énergie 135 sont agencés pour alimenter tous deux la borne d’alimentation auxiliaire B2 du système à actionnement électrique 12. Il est prévu que le moyen de stockage d’énergie 135 fournisse tout ou partie de la puissance attendue de la branche de redondance au système à actionnement électrique 12. Néanmoins, en cas de baisse de tension ou de capacité temporaire du moyen de stockage auxiliaire 135 lui empêchant de fournir la totalité des besoins électriques du système 12, le convertisseur de tension 134 est apte à fournir temporairement, jusqu’à une durée de plusieurs dizaines de secondes, une partie de la puissance demandée par le système à actionnement électrique 12.The converter 134 and the energy storage means 135 are arranged to both power the auxiliary power supply terminal B2 of the electrically actuated system 12. It is intended that the energy storage means 135 provide all or part of the expected power from the redundancy branch to the electrically actuated system 12. However, in the event of a voltage drop or temporary capacity of the auxiliary storage means 135 preventing it from supplying all of the electrical needs of the system 12, the voltage converter 134 is able to temporarily provide, for a duration of several tens of seconds, part of the power requested by the electrically actuated system 12.
Le système d’alimentation 13 comporte des moyens de diagnostic et d’information 133 permettant de connaître l’état du convertisseur 134 à chaque instant, notamment la puissance disponible et la tension de régulation délivrée au moyen de stockage d’énergie auxiliaire 135.The power supply system 13 includes diagnostic and information means 133 making it possible to know the state of the converter 134 at each moment, in particular the available power and the regulation voltage delivered to the auxiliary energy storage means 135.
Ces moyens de diagnostic et d’information 133 permettent en outre de connaître à chaque instant le niveau d’état de charge (SOC pour « State of Charge » en anglais) et le niveau de vieillissement (SOH pour « State of Health » en anglais), appelé également état de santé, et le niveau d’état de fonction (« state of function », SOF en anglais) permettant de déterminer la capacité du stockeur à répondre à une sollicitation prédéfinie, caractérisée par exemple par l’âge du stockeur, sa température, sa charge, sa résistance interne, de manière à déterminer la capacité électrique d’alimentation de la branche de redondance spécifiquement pour le système 12.These diagnostic and information means 133 also make it possible to know at any moment the level of state of charge (SOC for “State of Charge” in English) and the level of aging (SOH for “State of Health” in English). ), also called state of health, and the state of function level (“state of function”, SOF in English) making it possible to determine the capacity of the storer to respond to a predefined request, characterized for example by the age of the storer , its temperature, its charge, its internal resistance, so as to determine the electrical power supply capacity of the redundancy branch specifically for the system 12.
Dans ce mode de réalisation préférentiel, le système à actionnement électrique 12 est alimenté par une tension de type 12 volts. Toutefois, on envisage que le système 12 requière une tension de type 18 volts, 24 volts, ou les tensions de la plage de tension du standard 48 volts par exemple. Les valeurs des tensions d’alimentation des convertisseurs 132 et 134 et du moyen de stockage auxiliaire 135 sont adaptées en fonction des spécifications électriques. Les valeurs de tensions de la branche de redondance 136 peuvent donc être comprises entre 8 volts et les valeurs du standard 48 volts par exemple.In this preferred embodiment, the electrically actuated system 12 is powered by a 12 volt type voltage. However, it is envisaged that the system 12 requires a voltage of type 18 volts, 24 volts, or the voltages of the voltage range of the standard 48 volts for example. The values of the supply voltages of the converters 132 and 134 and of the auxiliary storage means 135 are adapted according to the electrical specifications. The voltage values of the redundancy branch 136 can therefore be between 8 volts and the values of the standard 48 volts for example.
L’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que la personne de l’art est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention en associant par exemple les différentes caractéristiques ci-dessus prises seules ou en combinaison, sans pour autant sortir du cadre de l’invention.The invention is described in the above by way of example. It is understood that the person skilled in the art is able to produce different embodiments of the invention by combining for example the different characteristics above taken alone or in combination, without departing from the scope of the invention.
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