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" SYSTEME DE COMMUTATION TOUR VEHICULES ELECTRIQUES "
La présante invention concerne le problème de la, commu.. tation à bord d'un véhicule, et plus spécialement d'un véhicule automobile routier. propulsé par moteur électrique alimenta par batteries. Elle vise l'adaptation, à cette commutation des organes de contrôle : - Pédale d'accdlérateur,
Pédale de débrayage, - Levier de vitesses, prévus sur les véhicules automobiles à moteur thermique de façon due le conducteur de ces derniers n'alla à bord d'un véhicule à moteur électrique. qu'à exécuter des manoeuvres qui lui sont
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familières et avec des réflexes déjà acquis.
Le système de commutation objet de 1''invention pré- sente, en outre, les avantages suivants : a) Il permet, sans embrayage ni botte de vitesses, une douceur de démarrage et une souplesse de fonctionnement supérieures à celles qutil est possible d'obtenir avec ces deux mécanismes. b) Les batteries sont couplées suivant des montages distincts par le jeu même de l'accélérateur et le passage d'un genre de couplage à un autre a lieu par intervention de résistances intermédiaires de contact, sans rupture de circuit, ce qui supprime toute étincelle, sans recourir aux artifices connus tels que les bobines de soufflage. c) Les couplages distincts des batteries permettent d'utiliser ces dernières dans les conditions de rendement opti- mum, c'est-à-dire pour une tension donnée. avec la capacité. maximum et le minimum de pertes dans les résistances;
le rayon d'action du véhicule est considérablement augmenté puisque, au démarrage et pendant la marche à allure réduite (cas de circu- lation en ville dans une rue encombrée), la capacité est au moins quadruple de ce qu'elle serait avec un groupage fixé en série des batteries, et au moins double dans tous les cas autres que celui de la marche à plaine vitesse en route libre. d) Pour réduire les efforts sur les organes de com- mande des balais de commutation, les balais sont établis de façon à se déplacer sans frottement de glissement sur les tou- ches ou plots de contact. e) Pour obtenir avec la pédale de débrayage des ef- fets équivalents à ceux obtenus avec la pédale correspondante sur un véhicule à moteur thermique, cette pédale : - coupe totalement le circuit du moteur dans sa position d'abaissement maximum;
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- ferme ce circuit en y insérait une résistance décrole- sante au fur et à mesure de son relèvement. pour assurer un démarrage progressif; - insère dans le circuit de freinage, lorsqu'elle est
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abaissée, laccel6rateur étant relevé à fond, la même résis- tance que ci-dessus mais, dans ce cas, progressivement crois- sante dans le sens d'abaissement de la pédale.
Le système de commutation de l'invention se caracté-
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rise principalement en ce que la pédale d'aocelêrateur est re- liée : - A un premier groupe de commutateurs à balais et plots multiples relativement mobiles qui contrôlent le couplage des batteries.
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bzz z, un inverseur qui contrôle le sens du courant dans finduoteurt afin d*obtenir la rdoupêmtion.
*. A un commutateur à bee et à plots multiples qui con- trôle 1'insertion dtune résistance dans le circuit du moteur, tandis que la pédale de débrayage agit comme contrôleur pour insérer dans le circuit du moteur une résistance décroissante dans le sens de relèvement de la pédale et pour insérer, dans
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un circuit de récupération ou de freinage, une résistance dé- croissante dans le sens dtabaissement de la pédale.
Les schémas des dessins anare-xes représentent trois exemples de mise en oeuvre de Itinvention.
La figure 1 est un schéma général du système de commutation avec moteur série.
La figure a est un schéma, dune variante avec mo- teur compound.
La figure 3 est un schéma montrant comment s'opère 1e changement de couplage des batteries.
La figure 4 est une vue de face schématique d'une
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forma d'exécution d'uxy, balad à bande de contact sans glissement sur les plots.
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La. figure 5 est un schéma d'ensemble d'une instal- lation avec relais.
La figure 6 est un tableau montrant les positions des divers contacts des circuits de relais contrôlés par la pédale d'accélérateur.
Dans l'exemple de mise en oeuvre représenté au sché- ma de la figure 1, on utilise un moteur série alimenté par quatre batteries 1, 2 3 et 4 pour lesquelles on a envisage trois modes de couplage.
- Un couplage en parallèle.
.. Un couplage en parallèle de deux groupes de deux batteries en série.
- Un couplage en série.
A cet effet, on a prévu six commutateurs de batteries, à plots fixes et balais mobiles, mais qui pourraient tout aussi bien être à plots mobiles et balais fixes. Dans l'exemple envi- sagé, les balais mobiles à B 0 D E F sont accouplés mécani- quement et mobiles en un même ensemble oinématiquement relié à la pédale d'accélérateur pa La liaison peut être,directe, par une timonerie et un mécanisme appropriés, ou par l'intermédiai- re d'un relais ou servo-moteur. Les plots des commutateurs sont répartis de façon que l'écart angulaire entre deux plots cons±- cutifs dtentre eux soit plus petit que la largeur d'un balai, la largeur de ce dernier étant plus faible que l'écart angulai- re entre deux plots voisins de rang pair ou impair.
La pédale
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Pa est aussi oinématiquement reliée :' - deux frotteurs H et J et au balai d'un commutateur G.
La pédale de débrayage pd est ainématiquement re- liée aux balais de deux commutateurs %et L.
Le levier dit "de vitesses" correspond à la poignée de manoeuvre d'un commutateur inverseur 10 qui peut occuper trois positions :
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- une position de marche avant, - une position de point mort, - une position de marche arrière.
Un disjoncteur à maximum 11 est prévu comme dispo- sitif de sécurité sur l'ensemble du circuit. On a prévu égale- ment : - Un conjoncteur-disjoncteur à minimum 12 dans le cir- cuit de freinage par récupération.
Des disjoncteurs-conjoncteurs à maximum 13 et 14 mon- tés en série dans le circuit de récupération et qui agissent pour faire intervenir les résistances R8 et R9 ou les court- circuiter. Si les -disjoncteurs 13 et 14, et les résistances R8 et R9 sont supprimés,, les points X du circuit sont di- rectement reliés entre eux. On peut encore prévoir en 15 un interrupteur à rupture brusque actionné par la pédale de frein du véhicule, et en 16' un interrupteur centrifuge à un seul sens de rotation (monté par exemple à roue libre) actionné par les roues du véhicule en marche arrière seulement et qui in- tervient pour limiter la vitesse du moteur en marche arrière.
Au point- Y on peut interposer un compteur indica- teur de charge et de décharge.
Le fonctionnement du système est le suivant :
Le commutateur 10 étant au point mort (position figurée au schéma) le conducteur appuie à fond sur la pédale de débrayage ce qui a pour effet d'amener les balais des commu- tateurs X et L sur les plots 6. Le commutateur 10 est alors placé en position de marche avant (tracé pointillé du schéma) et on appuie légèrement sur l'accélérateur pour amener les balais des Qommutateurs A à F, du plot 0 au plot 1 en passant par le plot 1'. Il n'en résulte aucun effet sur le moteur qui reste isole des batteries tant que le balai du com- mutateur L reste sur le plot 6.
Mais, les balais A B C
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D, E, F sur les plots 1 des commutateurs correspondants relient entre eux, comme on peut le suivre sur le schéma, les pôles - des batteries dtune part, et les pôles dtautre part. Otest la position de couplage en parallèle.
En même temps, les balais H et J sont passés dans la position en pointillé du schéma et par les secteurs conduc- teurs H1 et Jl, assurent le passage, dans le sens correct du courant dans l'inducteur 9 du moteur dont l'induit est indi- qué en 8, de telle sorte que, lorsqu'on relâche progressive- ment la pédale de débrayage Pd le balai L franchit le plot 6 et le moteur est mis en liaison avec les batteries en paral- lèle par la résistance R4 qui intervient en totalité.
Au fur et à mesure que les plots 5, 4, 3, 2, 1 du commutateur L sont franchis, la résistance R4 décroît et pour être finale- ment court-circuitée lorsque le balai L vient toucher le plot 0 (Position de relevage total de la pédale d) La ten- sion appliquée, d'abord nulle, croit lentement assurant ainsi une douceur de démarrage absolue.
Lorsque la pédale d'accélérateur POa amène les ba- laie des commutateurs A à F, de la position 1 à la position 2, la résistance R3 montée en série aveo R4 est éliminée du circuit du moteur. Le moteur est alors alimenta par les batteries en parallèle sans résistances dans le circuit. Lors- que les balais A à F et G atteignent le plot 3. les commu- tateurs C et D maintiennent les mêmes connexions, mais les commutateurs A et B couplent les batteries 1 et 2 en série, et les commutateurs E et F, couplent les batteries 3 et 4 en série. Le commutateur G remet la résistance R3 en cir- cuit. On se trouve alors dans la position couplage en série parallèle des batteries aveo interposition de la résistance R3 dans le circuit du moteur.
Lorsque les balais des commutateurs A à G atteignent
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le plot 4, les batteries sont couplées en séries parallèles, comme en 3 mais sans la résistance R# Au plot 5, les batteries sont couplées en série avec la résistance R dans le circuit. Au plot 6 les batteries sont couplées en série avec une fraction de la résistance R3 dans le circuit. Au plot 7, elles sont couplées en série mais sans la résistance R3
Les divers couplages successifs, en ce qui concerne l'intervention des résistances R1 et R2 qui ont pour fonc- tion d'éviter les étincelles de rupture lors du passage d'un couplage à un autre, sont montrés par les schémas I à VII de la figure 3.
En I, les batteries sont parallèles.
En II, les batteries 2 et 4 ne sont plus reliées au pôle del'ensemble que par la résistance Rl et les batteries 1 et 3 ne sont plus reliées au pôle- que par la, résistance R2
En III, les batteries 1 et 2 d'une part et 3 et 4 d'autre part, sont couplées en série. La résistance R1 est relire au pôle de la batterie 4 et se trouve aux bornes de la batterie 3, tandis que la résistance R2 est reliée au pôle de la batterie 1 et se trouve aux bornes de la batterie II.
En IV, les résistances R1 et R2 sont mises hors circuit.
En V, les batteries 3 et 4 ne sont plus reliées au de l'ensemble que par la résistance R1 et les batte- ries 1 et 2 ne sont plus relises au - que par la résistan- ce R2
En VI les quatre batteries sont en série et le de la batterie 3 est encore relié au * de l'ensemble par R1 et le ... de la batterie 2 est encore relié au - de
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l'ensemble par R2 De ce fait, la résistance R1 est aux bornes des batteries 1 et 2 en série, et R@ est aux bornes des batteries 3 et 4 également en série.
En VII, les résistances R1 et R@ sont mises hors circuit.
Lorsque la pédale Pa remonte, les mêmes commuta- tions se reproduisent dans l'ordre inverse avec les effets déjà. décrits.
Le freinage par récupération a lieu comme suit :
On relâche la pédale d'accélérateur pour ramener les balais A à J au zéro, ce qui a pour effet : - De coupler les batteries en série par les balais A à F.
- D'inverser le sens du courant dans l'inducteur 9, par les balais H et J.
- Par le balai G de relier l'induit B du moteur au balai du commutateur K.
On appuie sur la pédale Pd, ce qui a pour effet de relier le balai à. la résistance R5 en série avec les dis- joncteurs-conjoncteurs 14 et !3 et le conjoncteur-dis jonc- teur 12 Si le courant de récupération est suffisant, le conjoncteur 12 établit la liaison avec les batteries, les résistances R3 et R4 étant éliminées du circuit par le balai G à la position zéro.
Au fur et à mesure de l'abaissement de la pédale Pd le balai k franchit les plots 2 à 6, én réduisant pro- gressivement la valeur de R5 ce qui a pour effet d'augmenter le courant et la puissance du freinage.
Le disjoncteur-conjoncteur 13 agit pour limiter le courant de récupération à une certaine valeur maximum et au delà de cette valeur introduit la résistance R8 dans le circuit. Il en est de marne pour le disjoncteur-conjoncteur 14 et la résistance R9, pour une valeur du courant encore plus importante.
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Le schéma de la figure 2 correspond au cas d'uti- lisation d'un moteur compound, Les commutateurs A à G et leurs accessoires sont inchangés. Les balais H et J sont remplacés par le balai M et le balai K et la résistance R5 de récupération sont remplaces par les balais N et P et les résistances R6 et R7 L'inverseur 10' qui correspond à l'inverseur 16 de la figure 1 comporte une branche supplé- mentaire destinée à couper le courant dans l'enroulement inducteur dérivation 17 du moteur dont l'induit et l'induc- teur série sont respectivement indiqués en 8' et 9'.
Les interrupteurs 15' et 16' correspondent respec- tivement aux interrupteurs 15 et 16 de la figure 1 dont la position dans le circuit est modifiée pour ne pas couper brusquement le courant dans l'inducteur 17 et protéger celui- ci contre un extra-courant de rupture.
Le fonctionnement ne diffère de celui décrit à pro- pos du schéma de la figure 1, quten ce qui concerne la récu- pération.
Le balai M qui, dans toutes les positions de trac- tion relie par le secteur M1 la sortie de l'induit 8' di- rectement et uniquement à l'inducteur-série 9', lorsqu'il est au zéro (Pa relevée) relie la sortie de l'induit aux balais N et P Lorsque la pédale Pd est relevée, le balai P à la position zéro établit 1a même connexion que M et M1
Lorsqu'on appuie sur la pédale Pd: - le balai P introduit une fraction de plus en plus grande de la résistance R7 entre l'induit 8' et l'in- ducteur 9', - le balai N introduit une fraction de plus en plus faible de la résistance R6 entre la sortie de l'induit et le circuit des batteries du coté connecté à 1'inductaur 9.
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Aux plots 6, le balai ? interrompt la liaison électrique entre l'induit et 1'inducteur-série, et le balai N établit la connexion directe entre l'induit et le circuit des batteries du côté connecté à l'inducteur 9.
Le point G' de la figure 8 est relié à G de la figure et les points Z de la figure 1 sont directe- ment reliés entre eux.
Il est à noter que le sens du courant n'étant pas inversé dans l'inducteur-série pour la marche en récupération, l'action de cet inducteur stoppose à celle de l'inducteur- dérivation. L'action de la pédale Pd sur les balais N et P a pour but de mettre progressivement hors circuit l'inducteur- série et d'éliminer de ce fait son action neutralisante.
La figure 4 montre une réalisation schématique d'un balai selon l'invention. L'élément ou patin de contact qui constitue le balai proprement dit est constitué par un ru- ban ou tresse souple de fil métallique conducteur 17 dont la section totale correspond à l'intensité du courant qui doit le traverser. Cette tresse est montée sur des galets de gui- dage 18 et 19 portés par un chariot 20 qui peut coulisser dans un porte-balai 21. Dans cet exemple de réalisation, le porte-balai 21 se déplace angulairement concentrique mont à une surface cylindrique 22 sur laquelle sont réparties les touches ou plots . Le chariot 20 est rappelé élastiquement de façon à appliquer avec la pression voulue sur les plots fixes, la longueur 17a de la tresse comprise entre les ga- lets 18.
A cet effet, on a simplement figura au dessin un ressort de rappel 23 fixé à une extrémité sur le porte-balai 21.
La tresse 17 passe sur les galets de renvoi 19 et s'ancre à ses extrémités en deux points fixes 24 dont l'un peut servir, s'il y a lieu. de connexion avec le circuit électrique à relier aux plot s. Si le déplacement de balai est
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rectiligne, la fixation aux points 24 peut tre rigide.
Dans 1'exemle envisagé. le déplacement du porte-balai est angulaire et la liaison de la tresse 17 avec l'un des points 24 peut avoir lieu par un intermédiaire élastiquement défor- mable pour se permettre de légères variations de la longueur totale de la tresse.
On voit qu'avec cette disposition, lorsque le porte- balai 21 se déplace autour de son pivot, la tresse 17, dans sa partie 1a en contact avec la surface 22 ne subit aucun glissement par rapport à celle-ci. Elle se comporte en princi- pe comme le brin inférieur de la chenille d'un véhicule se deplacant sur le sol. On peut d'ailleurs envisager une réali- sation du balai dans laquelle la tresse est. montée en bande sans fin, c'est-à-dire fermée sur elle-même, les galets 18 et 19 ou tout au moins l'un d'entre eux, étant moteurs et cinématiquement reliés aux déplacements du porte-balai.
Dans l'installation 'de la figure 5, on fait inter- venir des relais pour obtenir la manoeuvre des contacts de commutation..Au schéma montré par la figure 5, 1, 2, 3, 4 sont les batteries d'alimentation du moteur de traction du véhicule. Dans cet exemple, ce moteur est un moteur-série dont 1'induit est figuré en 5 et lxinducteur en 6.
L'appareillage de sécurité comporte un disjoncteur à maximum 7 et des fusibles 8 pour chaque groupage des batteries.
Rl - R2 et R3 sont les résistances introduites entre les batteries afin d'obtenir
1 - La marche sur résistances.
2- Le changement de groupage des batteries et par suite de tension appliquée au moteur, sans coupure du courant dans ce dernier.
R4 est une résistance insérée dans le circuit du moteur et dont la mise en court-circuit a lieu par fractions
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au moyen des contacteurs 1 i2 et i3 directement actionnas par la pédale pd qui correspond à la pédale de débrayage usuelle prévue sur les véhicules automobiles à moteur ther- mique. La pédale pd commande également un contact i4 dont l'ouverture coupe le circuit du moteur, lorsque cette pédale est abaissée à fond.
R5 est une résistance sur laquelle débite le moteur lorsqu'il fonctionne en génératrice pour le freinage électri- que du véhicule.
A, B, c, D, E, F sont des contacteurs actionnés respectivement par l'excitation de relais a, b, c, d, e, f.
Les circuits d'excitation de ces relais sont contrôlés par les contacts a', b', c', d', e', f' manoeuvrés par la pédale d'accélérateur Pa
La pédale Pa actionne aussi les contacts g'. h' des circuits d'excitation des relais g et h de manoeuvre d'un inverseur G dont les deux positions correspondent : - d'une part, à la marche en traction avec 1'indus- teur 6 connecté dans le sens convenable avec le circuit du moteur en liaison avec le circuit de groupage des batteries.
- d'autre part, à la marche en freinage électrique, avec, dans le cas du moteur-série de l'exemple envisagé, l'en- roulement de l'inducteur inversé et le circuit du moteur en liaison avec le circuit de freinage (Résistance R5 en fig- 5).
I est l'interrupteur-inverseur de marche qui corres- pond au levier de vitesse usuel des véhicules à moteur thermi- que. En X et X' peut être intercalé un interrupteur général verrouillé par la clé de contact qui autorise elle-même 1'ex- citation des relais indépendamment de l'interrupteur-inverseur I.
Les divers relais sont de préférence alimentas, les uns par un groupe de batteries, les autres, par d'autres grou-
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pes, de telle sorte que les consommations auxquelles ils don- nent lieu, soient en principe uniformément réparties sur tous les éléments.
Le tableau de la figure 6 montre les positions d'ouvertures ou de fermeture des contacts a' à h' commandés à partir de la pédale pa Dans l'exemple envisagé on a prévu 5 positions actives pour la pédale Pa On pourrait évidemment en prévoir davantage. Ces positions sont les suivantes :
0 - Position de repos de la pédale Pa correspondant en marche au freinage électrique.
1 - Position de couplage en parallèle des batteries.
2- Position de couplage en série-parallèle avec rsistan- ce.
3 - Position de couplage en série-parallèle sans résistan- ce.
4 - Position de couplage en série, avec résistance.
5 - Position de couplage en série, sans résistance.
Le fonctionnement est le suivant :
L'accélérateur étant au zéro, la manoeuvre de la clé de contact assure 1'excitation des relais b et e qui groupent les quatre batteries en parallèle, tandis que ltinverseur G, maintenu par le relais h inverse le sens du courant dans 1'in- ducteur et branche le-moteur sur la résistance R5 afin de produire le freinage électrique.
Four démarrer, il convient
1' rabaisser la, pédale Pd à fond pour isoler le moteur par ouverture du contact 14
2 - De placer l'inverseur 1 dans la position de marche désirée, avant ou arrière.
3 - D'abaisser la pédale Pa jusqu'à la position 1, ce qui a pour effet de maintenir excitée les relais b et e, de désexciter le relais h et d'exciter le relais g pour con-
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necter, par G, 1''inducteur 6 dans le sens convenable avec mise en liaison du moteur avec la batterie.
Dès qu'on relâche la pédale Pd, le contact 14 se ferme et on obtient le démarrage sons la tension nparallèle" diminuée de la chute de tension dans la résistance R4 - .insérée en totalité et progressivement mise en court-circuit par fer- meture successive des contacts 13 i et il au fur et à mesu- re que la pédale pd est relevée. La position de marche "pa- rallèle" est finalement atteinte et le démarrage s'est effec- tué avec, de la part du conducteur, des mouvements exactement semblables à ceux requis sur un véhicule à moteur thermique.
La position série-parallèle", avec résistance, cor- respond à la position 2 de la pédale pa, Dans cette posi- tion, le relais a est excité par fermeture du contact a' Lesrésistances Rl et R2 sont inséréesentre lespôles " et - par A, tandis que b notant plus excité, les contacts B se relèvent. Les groupes de batteries 1 et 2 sont en série par l'intermédiaire de Rl insérée entre le pôle d'un groupe et le pôle de l'autre et la connexion correspondante s'établit par R2 pour les groupes 3 et 4.
La position 3 "série-parallèle sans résistance" est obtenue par la mise au point 3 de pa, ce qui a pour résultat d'exciter c, par le contact c', provoquant ainsi l'abaissement de 0 qui court-circuite les résistances Rl et R2
La position "série avec résistance" stobtient par la mise au point 4 de Pa, ce qui a pour effet de maintenir A et C comme précédemment mais, de plus, d'exciter d par d' en provoquant l'abaissement de D qui insère R3 entre les pôles et -.
Le relais e n'étant plus excité, E se relè- ve et connecte alors les groupes 1 et 2 (déjà. en série entre eux), en srie avec 3 et 4 (également en série entre eux), par l'intermédiaire de R3
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La, position "série sans résistance" est la position
5 de par dans laquelle les contacts précédents sont mainte- nus;
f1 est ferm et assure l'excitation de f qui abaisse
F pour mattre en court-circuit R3
On remarquera, que le mouvement en sens inverse, c'est-à-dire la diminution de la tension appliquée au moteur, peut se faire avec arrt sur une position intermédiaire quel- conque et avec la possibilité de reprise du sens d'augmenta- tion sans qu'il soit utile de revenir au zéro comme c'est le cas pour la. plupart des combinateurs. La coupure du courant
De traction s'obtient rapidement par l'abandon de pa qui, de plus, au point zéro, assure le freinage électrique propor- tionnel à la vitesse de la voiture et maximum tant que la pédale pd est relevée.
Ce freinage diminue progressivement au fur et à mesure que l'on abaisse pd, ce qui a pour résul- tat d'insérer R4 par fractions grâce aux ouvertures succes- sives de il, i2 et i3 Enfin, ce freinage devient nul pour un abaissement maximum qui coupe le circuit par l'ouverture de i4 On voit que les pédales pa et pd :,ont exactement la même action de contrôle du freinage par le moteur, que dans le cas d'une voiture à moteur thermique.
Les moyens d'asservissement qui vont maintenant être décrits ont pour fonction d'interdire tous effets préjudicia- bles, en cas de défaillance d'un relais quelconque, ou de plu- sieurs relais. C'est ainsi que, dans le sens de 1'accéléra- tion, d ne peut être excité et, par l'abaissement de D qui en résulte. désexciter e, ce qui prélude à la mise en série '/- totale, qu'à la condition que C soit abaissé, c'est-à-dire que la position "série parallèle" soit déjà effectivement ob- tenue. Dans le sens de la diminution de la tension appliquée, d reste excité et, par suite, D reste abaissé tant que E
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n'a pas pris sa position basse, par le contact de maintien, aux bornes de d' ouvert seulement lorsque E a pris sa po- sition de contact.
Il en est exactement.de même en ce qui con- cerne les positions relatives de a. A, b B et b'. De plus, e ne peut être excite quà condition que F soit dans sa position haute pour fermer le contact du circuit d'excitation de ce relais e. En conséquence, E ne peut âtre abaissa que si F est relevé; on comprend due s'il n'en était pas ainsi, les batteries seraient mises en court-circuit. Il en est exac- tement de même pour b - C et B en ce qui concerne leurs positions relatives. Inversement, f ne peut âtre excité que si E est dans sa position haute et c ne peut être excita que si B est à sa position haute.
Par ailleurs, pour que les groupes 2 et 3 en série ne puissent être couplés aux bornes des groupes 1 et 4, en parallèle ( E restant sur la position série et B se plaçant dans la position série parallèle), c n'est désexcité que si E s'est abaissé en ouvrant le contact de maintien aux bornes de C'.
Les asservissements qu'on vient de décrire ont l'avan- tage de ne pas déclencher les dispositifs de sécurité (fusi- bles et disjoncteur) dans le cas d'un contact affecté d'une inertie mécanique plusgrande que celle d'un autre ou pour toute autre cause ayant pour effet de troubler la succession normale des manoeuvres des contacts et bien que les circuits électriques de commande ne présentent pas d'anomalies.
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"ELECTRIC VEHICLE TOWER SWITCHING SYSTEM"
The present invention relates to the problem of the, commu .. tation on board a vehicle, and more especially a road motor vehicle. powered by electric motor powered by batteries. It aims to adapt to this switching of the control organs: - Accelerator pedal,
Clutch pedal, - Gear lever, provided on motor vehicles with thermal engines due to the driver of the latter not going on board an electric motor vehicle. than to execute maneuvers which are
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familiar and with reflexes already acquired.
The switching system which is the subject of the invention also has the following advantages: a) It allows, without clutch or gearbox, starting smoothness and operating flexibility greater than those which it is possible to achieve. get with these two mechanisms. b) The batteries are coupled according to separate assemblies by the very play of the accelerator and the passage from one type of coupling to another takes place by intervention of intermediate contact resistances, without breaking the circuit, which eliminates any spark , without resorting to known devices such as blowing coils. c) The separate couplings of the batteries allow the batteries to be used under optimum efficiency conditions, that is to say for a given voltage. with the ability. maximum and minimum losses in resistors;
the vehicle's range of action is considerably increased since, when starting and when driving at reduced speed (in the case of driving in town in a congested street), the capacity is at least four times what it would be with a groupage fixed in series of the batteries, and at least double in all the cases other than that of the walking at plain speed in free road. d) To reduce the forces on the control members of the switching brushes, the brushes are set up so as to move without sliding friction on the keys or contact pads. e) To obtain with the clutch pedal effects equivalent to those obtained with the corresponding pedal on a vehicle with a combustion engine, this pedal: - completely cuts the motor circuit in its maximum lowering position;
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- close this circuit by inserting a decreasing resistor in it as it is raised. to ensure a gradual start; - inserted into the braking circuit, when it is
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lowered, the accelerator being fully raised, the same resistance as above but, in this case, progressively increasing in the direction of lowering of the pedal.
The switching system of the invention is characterized
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The main reason for this is that the aocelerator pedal is connected: - To a first group of relatively movable multi-pad and brush switches which control the coupling of the batteries.
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bzz z, an inverter which controls the direction of the current in the end of the motor in order to obtain the reduction.
*. Has a multi-pad bee switch which controls the insertion of a resistance into the motor circuit, while the clutch pedal acts as a controller to insert a decreasing resistance into the motor circuit in the direction of upward movement. pedal and to insert, in
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a regenerative or braking circuit, a resistance that decreases in the direction of the pedal lowering.
The diagrams of the anare-xed drawings represent three examples of implementation of the invention.
FIG. 1 is a general diagram of the switching system with a series motor.
Figure a is a diagram of a variant with a compound motor.
Figure 3 is a diagram showing how the battery coupling change takes place.
Figure 4 is a schematic front view of a
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uxy execution form, balad with non-slip contact strip on the pads.
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Figure 5 is a general diagram of an installation with a relay.
Fig. 6 is a table showing the positions of the various contacts of the relay circuits controlled by the accelerator pedal.
In the exemplary implementation shown in the diagram of FIG. 1, a series motor supplied by four batteries 1, 2, 3 and 4 is used for which three coupling modes have been envisaged.
- A parallel coupling.
.. A parallel coupling of two groups of two batteries in series.
- A series coupling.
For this purpose, six battery switches have been provided, with fixed pads and movable brushes, but which could just as easily be with movable pads and fixed brushes. In the example envisioned, the B 0 DEF moving brushes are mechanically coupled and movable in a single unit systematically connected to the accelerator pedal pa The connection can be, direct, by an appropriate linkage and mechanism, or through the intermediary of a relay or servo motor. The pads of the switches are distributed so that the angular difference between two consecutive pads of them is smaller than the width of a brush, the width of the latter being smaller than the angular difference between two neighboring plots of even or odd rank.
The pedal
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Pa is also oinematically connected: '- two wipers H and J and to the brush of a switch G.
The clutch pedal pd is thus connected to the brushes of two switches% and L.
The so-called "gear" lever corresponds to the operating handle of a reversing switch 10 which can occupy three positions:
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- a forward gear position, - a neutral position, - a reverse gear position.
A maximum circuit breaker 11 is provided as a safety device on the entire circuit. The following are also provided: - A minimum 12 contactor-circuit breaker in the regenerative braking circuit.
Circuit breakers with a maximum of 13 and 14 connected in series in the recovery circuit and which act to bring in resistors R8 and R9 or short-circuit them. If the circuit breakers 13 and 14, and the resistors R8 and R9 are removed, the points X of the circuit are directly connected to each other. It is also possible to provide at 15 a snap-action switch actuated by the brake pedal of the vehicle, and at 16 'a centrifugal switch with one direction of rotation (mounted for example with freewheel) actuated by the wheels of the vehicle in reverse gear. only and which intervenes to limit the engine speed in reverse.
At the Y point, a charge and discharge indicator can be interposed.
The operation of the system is as follows:
With switch 10 in neutral (position shown in the diagram), the driver fully presses the clutch pedal, which has the effect of bringing the brushes of switches X and L to pads 6. Switch 10 is then placed in the forward position (dotted line in the diagram) and lightly presses on the accelerator to bring the brushes of Qommutateurs A to F, from pad 0 to pad 1, passing through pad 1 '. This has no effect on the motor, which remains isolated from the batteries as long as the brush of switch L remains on pad 6.
But, the brushes A B C
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D, E, F on the pads 1 of the corresponding switches interconnect, as can be seen in the diagram, the poles - batteries on the one hand, and the poles on the other hand. Otis the parallel coupling position.
At the same time, the brushes H and J are passed in the dotted position of the diagram and through the conducting sectors H1 and Jl, ensure the passage, in the correct direction of the current in the inductor 9 of the motor whose armature is indicated at 8, so that, when the clutch pedal Pd is gradually released, the brush L crosses pin 6 and the motor is connected to the batteries in parallel by resistor R4 which intervenes in full.
As the pads 5, 4, 3, 2, 1 of switch L are crossed, the resistance R4 decreases and to be finally short-circuited when the brush L comes into contact with the pad 0 (Total lifting position of the pedal d) The applied voltage, initially zero, increases slowly, thus ensuring absolute starting smoothness.
When the accelerator pedal POa brings the switches A to F, from position 1 to position 2, the resistor R3 connected in series with R4 is eliminated from the motor circuit. The motor is then powered by the batteries in parallel with no resistors in the circuit. When brushes A to F and G reach pin 3. Switches C and D maintain the same connections, but switches A and B couple batteries 1 and 2 in series, and switches E and F couple. batteries 3 and 4 in series. Switch G turns resistor R3 back on. We are then in the position of parallel series coupling of the batteries with the interposition of resistor R3 in the motor circuit.
When the brushes of switches A to G reach
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on pad 4, the batteries are coupled in parallel series, as in 3 but without the resistor R # At pad 5, the batteries are coupled in series with the resistor R in the circuit. At pad 6 the batteries are coupled in series with a fraction of resistor R3 in the circuit. At pad 7, they are coupled in series but without resistor R3
The various successive couplings, with regard to the intervention of resistors R1 and R2 which have the function of avoiding rupture sparks during the passage from one coupling to another, are shown by diagrams I to VII of figure 3.
In I, the batteries are parallel.
In II, batteries 2 and 4 are no longer connected to the pole of the assembly except by resistance Rl and batteries 1 and 3 are no longer connected to the pole except by resistor R2
In III, batteries 1 and 2 on the one hand and 3 and 4 on the other hand, are coupled in series. Resistor R1 is read back to the pole of battery 4 and is located at the terminals of battery 3, while resistor R2 is connected to the pole of battery 1 and is located at the terminals of battery II.
In IV, resistors R1 and R2 are switched off.
In V, batteries 3 and 4 are only connected to the assembly by resistor R1 and batteries 1 and 2 are only connected to - by resistor R2
In VI the four batteries are in series and the of battery 3 is still connected to the * of the assembly by R1 and the ... of battery 2 is still connected to - of
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the whole by R2 Therefore, the resistor R1 is at the terminals of batteries 1 and 2 in series, and R @ is at the terminals of batteries 3 and 4 also in series.
In VII, the resistors R1 and R @ are switched off.
When the Pa pedal goes up, the same switching occurs in reverse order with the effects already. described.
Regenerative braking takes place as follows:
The accelerator pedal is released to bring brushes A to J back to zero, which has the effect of: - Coupling the batteries in series by brushes A to F.
- To reverse the direction of the current in inductor 9, using brushes H and J.
- Using the brush G, connect the armature B of the motor to the brush of the switch K.
You press the pedal Pd, which has the effect of connecting the brush to. resistor R5 in series with circuit breakers 14 and! 3 and contactor-circuit breaker 12 If the recovery current is sufficient, contactor 12 establishes the link with the batteries, resistors R3 and R4 being eliminated circuit by brush G at zero position.
As the pedal Pd is lowered, the brush k passes through pads 2 to 6, gradually reducing the value of R5, which has the effect of increasing the braking current and power.
The circuit breaker-contactor 13 acts to limit the recovery current to a certain maximum value and beyond this value introduces the resistor R8 into the circuit. The same applies to the circuit breaker-contactor 14 and the resistor R9, for an even greater value of the current.
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The diagram in figure 2 corresponds to the use of a compound motor. Switches A to G and their accessories are unchanged. The H and J brushes are replaced by the M brush and the K brush and the recovery resistor R5 are replaced by the N and P brushes and the resistors R6 and R7 The inverter 10 'which corresponds to the inverter 16 in the figure 1 comprises an additional branch intended to cut off the current in the bypass inductor winding 17 of the motor whose armature and series inductor are respectively indicated at 8 'and 9'.
The switches 15 'and 16' correspond respectively to the switches 15 and 16 of FIG. 1, the position of which in the circuit is modified so as not to suddenly cut the current in the inductor 17 and to protect the latter against an extra current. a break.
The operation does not differ from that described in connection with the diagram of FIG. 1, with regard to the recovery.
The brush M which, in all the traction positions, connects the output of the armature 8 'directly by sector M1 and only to the series inductor 9', when it is at zero (Pa measured) connects the armature output to the N and P brushes When the Pd pedal is raised, the P brush at zero position makes the same connection as M and M1
When the pedal Pd is pressed: - the brush P introduces an increasingly large fraction of the resistance R7 between the armature 8 'and the inductor 9', - the brush N introduces an increasing fraction lower resistance R6 between the armature output and the battery circuit on the side connected to the inductor 9.
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At studs 6, the broom? interrupts the electrical connection between the armature and the series inductor, and the brush N establishes the direct connection between the armature and the battery circuit on the side connected to the inductor 9.
The point G 'in figure 8 is connected to G in the figure and the points Z in figure 1 are directly connected to each other.
It should be noted that the direction of the current is not reversed in the series inductor for the recovery operation, the action of this inductor stops that of the inductor-shunt. The action of the pedal Pd on the brushes N and P is intended to gradually switch off the series inductor and thereby eliminate its neutralizing action.
FIG. 4 shows a schematic embodiment of a brush according to the invention. The contact element or pad which constitutes the brush proper is formed by a strip or flexible braid of conductive metal wire 17, the total section of which corresponds to the intensity of the current which must pass through it. This braid is mounted on guide rollers 18 and 19 carried by a carriage 20 which can slide in a brush holder 21. In this exemplary embodiment, the brush holder 21 moves angularly concentrically mounted on a cylindrical surface 22. on which are distributed the keys or pads. The carriage 20 is elastically biased so as to apply, with the desired pressure on the fixed studs, the length 17a of the braid lying between the rollers 18.
For this purpose, the drawing simply shows a return spring 23 fixed at one end to the brush holder 21.
The braid 17 passes over the return rollers 19 and is anchored at its ends at two fixed points 24, one of which can be used, if necessary. connection with the electrical circuit to be connected to the s. If the broom displacement is
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rectilinear, the fixing at points 24 can be rigid.
In the example considered. the movement of the brush holder is angular and the connection of the braid 17 with one of the points 24 can take place by an elastically deformable intermediary to allow slight variations in the total length of the braid.
It can be seen that with this arrangement, when the brush holder 21 moves around its pivot, the braid 17, in its part 1a in contact with the surface 22, does not undergo any sliding relative to the latter. It behaves in principle like the lower part of the track of a vehicle moving on the ground. It is moreover possible to envisage an embodiment of the broom in which the braid is. mounted in an endless band, that is to say closed on itself, the rollers 18 and 19 or at least one of them, being motors and kinematically connected to the movements of the brush holder.
In the installation 'of FIG. 5, relays are made to intervene to obtain the operation of the switching contacts. In the diagram shown in FIG. 5, 1, 2, 3, 4 are the supply batteries of the motor. traction of the vehicle. In this example, this motor is a series motor, the armature of which is shown at 5 and the inductor at 6.
The safety equipment comprises a circuit breaker with a maximum of 7 and fuses 8 for each battery group.
Rl - R2 and R3 are the resistances introduced between the batteries in order to obtain
1 - Walking on resistance.
2- The change of grouping of the batteries and as a result of the voltage applied to the motor, without cutting the current in the latter.
R4 is a resistor inserted in the motor circuit and whose short-circuiting takes place in fractions
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by means of switches 1 i2 and i3 directly actuated by the pedal pd which corresponds to the usual clutch pedal provided on motor vehicles with thermal engines. The pedal pd also controls a contact i4, the opening of which cuts the motor circuit, when this pedal is fully lowered.
R5 is a resistor on which the motor delivers when it functions as a generator for the electric braking of the vehicle.
A, B, c, D, E, F are contactors actuated respectively by the excitation of relays a, b, c, d, e, f.
The excitation circuits of these relays are controlled by the contacts a ', b', c ', d', e ', f' operated by the accelerator pedal Pa
The pedal Pa also actuates the contacts g '. h 'of the excitation circuits of relays g and h for operating an inverter G, the two positions of which correspond: - on the one hand, to operation in traction with inductor 6 connected in the appropriate direction with the motor circuit in conjunction with the battery grouping circuit.
- on the other hand, when operating under electric braking, with, in the case of the series motor of the example considered, the winding of the inverted inductor and the motor circuit in conjunction with the braking circuit (Resistor R5 in fig- 5).
I is the reversing switch which corresponds to the usual gear lever in vehicles with internal combustion engines. At X and X 'can be interposed a general switch locked by the ignition key which itself authorizes the activation of the relays independently of the change-over switch I.
The various relays are preferably supplied, some by a group of batteries, others by other groups.
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pes, so that the consumption to which they give rise is in principle evenly distributed over all the elements.
The table of figure 6 shows the positions of opening or closing of the contacts a 'to h' controlled from the pedal pa In the example considered, 5 active positions were provided for the pedal Pa We could obviously provide more . These positions are as follows:
0 - Pedal rest position Pa corresponding to electric braking when operating.
1 - Parallel coupling position of the batteries.
2- Series-parallel coupling position with resistor.
3 - Series-parallel coupling position without resistance.
4 - Series coupling position, with resistance.
5 - Series coupling position, without resistance.
The operation is as follows:
With the accelerator at zero, operating the ignition key energizes relays b and e which group the four batteries in parallel, while the inverter G, held by relay h reverses the direction of the current in the circuit. - driver and connects the motor to resistor R5 in order to produce electric braking.
Oven start, it is appropriate
1 'lower the pedal Pd fully to isolate the motor by opening the contact 14
2 - Place the reverser 1 in the desired running position, forward or reverse.
3 - Lower the Pa pedal to position 1, which has the effect of keeping relays b and e energized, de-energizing relay h and energizing relay g to con-
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nect, by G, the inductor 6 in the appropriate direction with the motor connected to the battery.
As soon as the pedal Pd is released, contact 14 closes and starting is obtained with the voltage nparallel "minus the voltage drop in resistor R4 -. Fully inserted and progressively short-circuited by closing successive contacts 13 i and it as the pedal pd is lifted. The "parallel" running position is finally reached and starting is carried out with, on the part of the driver, movements exactly similar to those required on a thermal engine vehicle.
The series-parallel position ", with resistance, corresponds to position 2 of the pedal pa. In this position, the relay a is energized by closing the contact a 'The resistors Rl and R2 are inserted between the poles" and - by A, while b noting more excited, contacts B rise. The groups of batteries 1 and 2 are in series by means of Rl inserted between the pole of one group and the pole of the other and the corresponding connection is established by R2 for groups 3 and 4.
Position 3 "series-parallel without resistance" is obtained by the adjustment of 3 of pa, which has the result of exciting c, by the contact c ', thus causing the lowering of 0 which bypasses the resistors. Rl and R2
The position "series with resistance" is obtained by focusing 4 of Pa, which has the effect of maintaining A and C as before but, moreover, of exciting d by d 'by causing the lowering of D which inserts R3 between the poles and -.
Relay e no longer being energized, E picks up and then connects groups 1 and 2 (already in series with each other), in series with 3 and 4 (also in series with each other), by means of R3
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The "series without resistance" position is the
5 whereby the previous contacts are maintained;
f1 is closed and ensures the excitation of f which lowers
F for master short-circuit R3
It will be noted that the movement in the opposite direction, that is to say the reduction in the voltage applied to the motor, can be done with a stop in any intermediate position and with the possibility of resuming the direction of increase. tion without having to return to zero as is the case for. Most combiners. The power cut
Traction is obtained quickly by releasing pa which, moreover, at zero point, provides electric braking proportional to the speed of the car and maximum as long as the pedal pd is raised.
This braking progressively decreases as pd is lowered, which results in inserting R4 in fractions thanks to the successive openings of il, i2 and i3 Finally, this braking becomes zero for a lowering maximum which cuts the circuit by opening i4. It can be seen that the pa and pd: pedals have exactly the same action for controlling braking by the engine as in the case of a car with a combustion engine.
The control means which will now be described have the function of preventing any detrimental effects, in the event of failure of any relay or of several relays. Thus, in the direction of acceleration, d cannot be excited and, by the resulting lowering of D. de-energize e, which is a prelude to the '/ - total serialization, on the condition that C is lowered, that is to say that the "parallel series" position is already effectively obtained. In the direction of the decrease in the applied voltage, d remains excited and, consequently, D remains lowered as long as E
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has not taken its low position, via the holding contact, at the open terminals only when E has taken its contact position.
It is exactly the same with regard to the relative positions of a. A, b B and b '. In addition, e can only be excited on condition that F is in its high position to close the contact of the excitation circuit of this relay e. Consequently, E can only be lowered if F is raised; it is understandable if it were not so, the batteries would be short-circuited. The same is true of b - C and B with regard to their relative positions. Conversely, f can only be excited if E is in its high position and c can only be excited if B is in its high position.
Moreover, so that groups 2 and 3 in series cannot be coupled to the terminals of groups 1 and 4, in parallel (E remaining in the series position and B being placed in the parallel series position), c is only de-energized. if E is lowered by opening the holding contact at the terminals of C '.
The slavings just described have the advantage of not triggering the safety devices (fuses and circuit breaker) in the event of a contact affected by a mechanical inertia greater than that of another or for any other cause having the effect of disturbing the normal succession of contact operations and although the electrical control circuits do not present anomalies.