EP2936651A1 - Circuit electrique d'un vehicule automobile - Google Patents

Circuit electrique d'un vehicule automobile

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Publication number
EP2936651A1
EP2936651A1 EP13756647.7A EP13756647A EP2936651A1 EP 2936651 A1 EP2936651 A1 EP 2936651A1 EP 13756647 A EP13756647 A EP 13756647A EP 2936651 A1 EP2936651 A1 EP 2936651A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
converter
node
switch
voltage
electrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13756647.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bernard Boucly
Etienne Pigot
Herve Perseval
Serge Da Cruz Pereira
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technoboost SAS
Original Assignee
Technoboost SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technoboost SAS filed Critical Technoboost SAS
Publication of EP2936651A1 publication Critical patent/EP2936651A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • B60R16/033—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for characterised by the use of electrical cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/06—Two-wire systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1423—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle with multiple batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/46—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ICE-powered road vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to an electrical circuit of a vehicle, particularly a motor vehicle, and more particularly relates to a device for regulating voltage and current of an onboard network of the vehicle.
  • Some voltage supply circuits comprise a voltage and current generator, such as an alternator and an electrical energy storage module, for example a battery, which are responsible for supplying voltage to one or several electrical organs permanently or switched. This is for example the case of motor vehicle systems.
  • a voltage and current generator such as an alternator and an electrical energy storage module, for example a battery
  • an electrical energy storage module for example a battery
  • the appearance of controlled alternators has led to the development of output voltage modulation strategies in order to obtain a substantial gain in vehicle consumption.
  • a controlled alternator can have a modulated output voltage in a voltage range between a minimum voltage and a maximum voltage.
  • Document FR2970094 discloses an electronic device for regulating voltage and current of a power supply circuit of a vehicle, comprising an electrochemical battery, a starter, an alternator, an electrical consumer element of the on-board electrical network. of the vehicle.
  • the electrochemical battery is electrically connected to the starter and the ground.
  • the consumer member is electrically connected to the alternator and ground.
  • the alternator can be indifferently a conventional alternator providing a constant voltage, an alternator whose output voltage can be controlled or alternatively a reversible alternator.
  • the control device comprises a DC / DC type converter assembly and control means of the DC / DC converter assembly.
  • the device further comprises regulating means connected to the control means of the DC / DC converter assembly.
  • the regulating means are configured to select from among a set of possible functional modes of the DC / DC converter assembly, a predetermined functional mode or a forced functional mode, other than the predetermined functional mode, depending on the occurrence. a forced function trigger signal and then to communicate to the control means the selected functional mode.
  • the DC / DC converter assembly is equivalent to a low-impedance electrical conductor
  • Boost voltage booster mode
  • the electronic control device ensures the recharge of the latter in case of deceleration of the vehicle.
  • the DC / DC converter assembly is reversible in voltage and comprises a plurality of unit current converters electrically connected in parallel.
  • This device has the following drawbacks:
  • the alternator can not be connected directly to the battery, which limits its use according to the choices of electrical architecture; the regulation device requires several reversible converters in order to be able to carry out the different functional modes;
  • the structure of the converter then requires at least two half-bridges of MOS switches / transistors. This structure is expensive and bulky;
  • the converters are not protected by current during a battery reversal and the addition of a power diode device at the input of the regulating device would penalize the size and the cost of the device.
  • the invention aims to solve these disadvantages by proposing a regulating device that allows one hand, to make the recovery of electrical energy during the phases of lifting of foot, then restore this energy to the network of board and, secondly, to maintain a stabilized onboard network voltage during the phases of stopping, starting and restarting the engine with a minimum of components.
  • the present invention provides an electric circuit of a motor vehicle comprising a first electrical energy store, a current generator connected in parallel to the first storage of electrical energy between a reference potential and a first node of the circuit, an edge network of the vehicle comprising at least one electrical energy consuming member mounted between a second node of the circuit and the reference potential, a voltage regulation device mounted between the first node and the second node.
  • the circuit is characterized in that the regulating device comprises a By-Pass switch connected in series between the first and second nodes corresponding to the input and output terminals of the regulating device, said By-Pass switch comprising a switch and a diode connected in parallel on the switch and passing from the input terminal to the output terminal of the control device, and in that the control device comprises a reversible DC / DC converter connected in series with a second storage unit of electrical energy, the DC / DC converter being connected to the output terminal of the regulator and the second electrical energy storage being connected to the reference potential.
  • the control device further comprises a control module of the By-Pass switch and the DC / DC converter, a diagnostic module monitoring the operating state of the DC / DC converter, the By switch.
  • the onboard network comprises an ECU control module adapted to control the control device according to either an operating phase in energy recovery or in operation phase in energy restitution.
  • the energy recovery phase is a deceleration phase by lifting the accelerator pedal.
  • the ECU control module is a control computer of the engine of the vehicle.
  • the current generator is a reversible alternator.
  • the first storer of electrical energy is an electrochemical battery and the second storer of electrical energy is an ultracapacity.
  • the present invention also relates to a motor vehicle having an electric circuit as described above.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of the control device and the electrical circuit according to the invention
  • FIGS. 2a to 2d are diagrammatic representations of the signals exchanged internally in the control device and between the control device and the on-board network of the supply circuit according to the invention in two operating phases;
  • FIG. 3 is a schematic representation of the embodiment of the electric circuit and the regulation device according to the invention in a phase of energy recovery;
  • FIG. 4 is a schematic representation of the embodiment of the electric circuit and the regulating device according to the invention in a phase of energy restoration.
  • the electrical circuit CE consists of an input stage EE, an output stage ES and a control device 5 disposed between the stage EE input and ES output stage.
  • the input stage EE comprises a main electrical energy store 1, such as for example an electrochemical battery, a starter 2, an electric generator such as an alternator 3.
  • the alternator 3 can be indifferently a conventional alternator providing a constant voltage, an alternator whose output voltage can be controlled or a reversible alternator.
  • the battery 1, the starter 2 and the alternator 3 are connected in parallel between the same reference potential M (hereinafter referred to as "mass"), and a common node E.
  • node is meant a common point between several branches of the electrical circuit which are therefore the same potential.
  • the output stage ES comprises a control module 6 of the engine control unit ECU (Engine Control Unit) and a load 8.
  • the load 8 is an electrical energy consuming member of the RDB on-board network such as an electric power steering (AED), the ABS, ... [0036]
  • the ECU control module 6 and the load 8 are connected in parallel between the mass and a common node S.
  • the regulating device 5 delimited by a discontinuous closed line, is arranged between the nodes E and S which respectively correspond to the input and output terminals of the regulating device 5.
  • the output stage ES comprising the ECU control module 6 and the load 8, is representative of the vehicle RDB onboard network.
  • the ECU control module will be designated “ECU” in the following description.
  • the control device 5 comprises a switch "By-Pass" 10, connected in series between the input E and the output S of the control device 5.
  • the By-Pass switch will be designated by the term “By-Pass” in the following description.
  • By-Pass 10 comprises a switch K and a diode D connected in parallel on the switch K; the diode D being mounted on the input E to the output S of the regulating device 5.
  • the regulating device 5 further comprises a converter 1 1 direct current / direct current, designated in the following description by the term “DC / DC converter”, reversible, a second energy store 12, for example a supercapacitor or ultracapacitor designated in the rest of the description by the term “UCAP”, a control module 13 of the bypass 10 and the converter DC / DC 1 1, a diagnostic module 14, separate from the control module 13.
  • a converter 1 1 direct current / direct current designated in the following description by the term "DC / DC converter”
  • a second energy store 12 for example a supercapacitor or ultracapacitor designated in the rest of the description by the term "UCAP”
  • a control module 13 of the bypass 10 and the converter DC / DC 1 1, a diagnostic module 14, separate from the control module 13.
  • the DC / DC converter 1 1 and UCAP 12 are connected in series between a node P and the mass M; the DC / DC converter 1 1 being connected to the node P.
  • the By-Pass 10 is connected in series between the input node E and the node P.
  • the node P is common with the output node S of the electric circuit CE. It is therefore directly connected to the RDB onboard network.
  • the reversible DC / DC converter 1 1 is well known to those skilled in the art. It is also described in document FR2970094 to which reference will be made if necessary.
  • the ECU 6 controls, on the one hand, the control module 13 of the By-Pass 10 and the DC / DC converter 1 1, and on the other hand receives diagnostic information from the diagnostic module 14.
  • the diagnostic module 14 transmits the diagnostic information relating to the UCAP 12 and the DC / DC converter 1 1 to the ECU 6.
  • the regulating device 5 is electrically connected between the battery 1 and the RDB edge network.
  • the second energy store considered in the example described as part of the control device 5, is the UCAP 12 whose maximum voltage is 13V. It could also be made of lithium cells.
  • the regulator reloads the UCAP 12 with a supply of energy delivered by the DC / DC converter 1 1.
  • the energy stored in the UCAP 12 is restored (energy recovery phase) at the RDB onboard network by the reversible DC / DC converter 1 1.
  • the state of the DC / DC converter 1 1 and the UCAP 12 is monitored by the diagnostic module 14 and the information relating to these states are transmitted to the ECU 6 which, depending on the information of the heat engine ( speed, foot-lift, restart ....), and respective states of the DC / DC converter 1 1 and UCAP 12, drives the DC / DC converter 1 1 and By-Pass 10.
  • FIGS. 2a to 2d illustrate, for these two phases, the form of the information and control signals internally exchanged by the regulation device 5 and between the regulation device 5 and the RDB for respectively, the ECU 6, the pilot module 13, By-Pass 10 and UCAP 12.
  • the control module 13 receives from the ECU 6 a signal, for example a voltage of 5v, corresponding to a logic state interpreted by the control module 13 as a recovery phase. energy.
  • the control module 13 drives the By-Pass 10 in closed mode (By-Pass "passing").
  • the input voltage of the regulating device 5 is at the same potential as the voltage of the RDB onboard network (same potential at the nodes E, P and S).
  • the control module 13 also drives the DC / DC converter 1 1 mode "Buck” (voltage step).
  • the DC / DC voltage converter 1 1 then converts the energy in the direction "alternator input voltage” (node E) to the UCAP 12.
  • the UCAP 12 then charges between a minimum low voltage, for example 5V and a high limit voltage, for example 1 2V.
  • the control module 13 receives from the ECU 6 a signal, for example a voltage of Ov, corresponding to a logic state interpreted by the control module 13 as a restitution phase. energy.
  • the control module 13 drives the By-Pass 10 in open mode (K open switch).
  • K open switch the input voltage of the regulating device 5 is no longer at the same potential as the voltage of the RDB onboard network (VRDB).
  • the control module 13 also drives the DC / DC converter 1 1 in "Boost" mode (voltage booster).
  • the DC / DC voltage converter 1 1 then converts the energy in the UCAP direction 12 to "RDB on-board system voltage (VRDB)" (node S).
  • VRDB on-board system voltage
  • the UCAP 12 then discharges between a high maximum voltage, for example 12V, and a low limit voltage, for example 5V.
  • DC / DC converter 1 1 can limit the discharge voltage of the UCAP 12 to avoid a total discharge of energy.
  • the DC / DC converter 1 1 stabilizes the voltage of the RDB onboard network (VRDB) to a value close to the voltage supplied by the alternator (for example 13.5v).
  • VRDB RDB onboard network
  • FIGS. 3 and 4 illustrate the operation of the regulation device 5 and the evolution of the voltage (VUCAP) at the terminals of the UCAP 12 in the time t for a constant on-board network voltage (VRDB), respectively for the phases of recovery and restitution of energy by considering currents.
  • VUCAP voltage at the terminals of the UCAP 12 in the time t for a constant on-board network voltage (VRDB), respectively for the phases of recovery and restitution of energy by considering currents.
  • VRDB constant on-board network voltage
  • By-Pass 10 is then represented as a simple wired connection between the input E and the output S of the control device 5.
  • the DC / DC converter 1 1 is equivalent to a current generator in the sense point P to the UCAP 12.
  • the value of the current measured at the node P is equal to the maximum current value that can deliver the alternator 3 (140A in the example) deducted from the value of the current consumed by the RDB onboard network (40A in the example).
  • This method is carried out internally of the DC / DC converter 1 1 by a device for controlling the current consumed (100A in the example) and sent to the UCAP 12 as a function of the value of the voltage measured at the node P, representative alternator voltage 3.
  • alternator 3 always delivers its maximum current in the recovery phase.
  • the entire current delivered by the alternator 3, 140 A in the example in question is distributed between the RDB edge network (40 A) and the DC / DC converter unit 1 1, UCAP 12 (140 A). ).
  • the charging current can be established more rapidly: for example, the rise and fall current times are less than 100ms. Energy can be recovered even for very brief driver's foot lifts because there is no longer any variation in the performance of the vehicle's functions, visible to the passengers of the vehicle.
  • By-Pass 10 is open (open switch K).
  • the By-Pass 10 is then represented only by its diode D.
  • the DC / DC converter 1 1 maintains the voltage of the RDB edge network at a high voltage (13.5v for example), while the voltage of the UCAP 12 and that of the alternator 3 are lower (13.2v in the example).
  • the current delivered by the DC / DC converter 1 1 is strictly equal to the current consumed by all loads of the RDB onboard network. It is 40A in the example illustrated in Figure 4) in the upper limit acceptable by the DC / DC converter 1 1 which is in the example of 100 A. If a heavy load RDB onboard network appears, following for example the activation of the electrical assisted steering (DAE) or ABS, then the total current consumed by all the loads of the RDB onboard network can exceed 120 A while the DC / DC converter 1 1 can only accept a maximum of 100 A. In such a situation, the output voltage of the RDB edge network drops to the value given by the voltage difference between the voltage across the battery 1 and the voltage across the diode D is 12 , 6v (13.2v - 0.6 v).
  • the voltage of the RDB onboard network is maintained at an acceptable voltage (12.6v) thanks to the battery 1 and the diode D of the By-Pass 10.
  • the diode D is therefore a means of securing Voltage hold when high load currents exceed the maximum allowable current of the DC / DC converter 1 1.
  • the regulating device 5 With the regulating device 5 according to the invention, there is no or very little voltage variation of the DRB edge network during the recovery or restoration phases because the voltage of the onboard network is stabilized at a constant voltage, for example at 13.5V.
  • the parallel structure of two DC / DC converter blocks is replaced by a single DC / DC converter block and a By-Pass.
  • the control device 5 according to the invention uses only nine MOS switches against twelve MOS for the control device described in the document FR2970094.
  • the structure of the proposed By-Pass provides the battery reversal protection and ensures the electrical continuity between the input and the output of the RDB onboard network by the presence of the diode D in parallel with the switch K.
  • the regulating device according to the invention makes it possible to recover a significant electrical energy over an urban cycle.
  • the lifespan of the main storage is increased.
  • the capacity of the main storer is reduced.
  • the electrical components are less stressed at their operating limit: their service life is increased.

Landscapes

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Abstract

Circuit électrique (CE) d'un véhicule automobile comprenant un premier stockeur d'énergie électrique (1), un générateur de courant (3) connecté en parallèle au premier stockeur d'énergie électrique (1) entre un potentiel de référence (M) et un premier nœud (E) du circuit (CE), un réseau de bord (RDB) du véhicule comportant au moins un organe consommateur d'énergie électrique (8) monté entre un deuxième nœud (S) du circuit (CE) et le potentiel de référence (M), un dispositif de régulation (5) en tension monté entre le premier nœud (E) et le deuxième nœud (S), (comportant une borne d'entrée reliée au premier nœud (E) et comportant une borne de sortie reliée au deuxième nœud (S), caractérisé en le dispositif de régulation comporte un commutateur By-Pass (10) monté en série entre les premier et deuxième nœuds (E et S) correspondant aux bornes d'entrée (E) et de sortie (S) du dispositif de régulation (5), ledit commutateur By-Pass comportant un commutateur (K) et une diode (D), montée en parallèle sur le commutateur (K) et passante de la borne d'entrée (E) vers la borne de sortie (S) du dispositif de régulation (5), et en ce que le dispositif de régulation (5) comprend un convertisseur DC/DC (11) réversible monté en série avec un deuxième stockeur d'énergie électrique (12), le convertisseur étant connecté à la borne de sortie (S) du régulateur (5) et le deuxième stockeur d'énergie électrique (12) étant connecté au potentiel de référence (M).

Description

CIRCUIT ELECTRIQUE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française 1258081 déposée le 29 août 2012 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[ooo2] La présente invention se rapporte à un circuit électrique d'un véhicule, notamment un véhicule automobile, et concerne plus particulièrement un dispositif de régulation en tension et en courant d'un réseau de bord du véhicule.
[ooo3] Certains circuits d'alimentation en tension comprennent un générateur de tension et de courant, comme par exemple un alternateur et un module de stockage d'énergie électrique, comme par exemple une batterie, qui sont chargés d'alimenter en tension un ou plusieurs organes électriques de façon permanente ou commutée. C'est par exemple le cas des réseaux de bord de véhicules automobiles. [ooo4] Par ailleurs, l'apparition des alternateurs pilotés a conduit à élaborer des stratégies de modulation de la tension de sortie en vue d'obtenir un gain substantiel de consommation de véhicule.
[ooo5] A cet effet, des phases de vie du véhicule permettant une récupération d'énergie telles que la vitesse du véhicule, la décélération du véhicule ont été prises en compte pour déterminer une tension de sortie adaptée dans la perspective de limiter au mieux la consommation du véhicule pendant chacune de ces phases.
[ooo6] C'est ainsi qu'un alternateur piloté peut avoir une tension de sortie modulée dans une plage en tension comprise entre une tension minimum et une tension maximum.
[ooo7] On connaît du document FR2970094 un dispositif électronique de régulation en tension et en courant d'un circuit d'alimentation électrique d'un véhicule, comprenant une batterie électrochimique, un démarreur, un alternateur, un organe consommateur électrique du réseau de bord du véhicule. [0008] La batterie électrochimique est reliée électriquement au démarreur et à la masse.
[ooo9] L'organe consommateur est relié électriquement à l'alternateur et à la masse. [ooi o] L'alternateur peut être indifféremment un alternateur classique fournissant une tension constante, un alternateur dont la tension de sortie peut être pilotée ou encore un alternateur réversible.
[ooi i] Le dispositif de régulation comporte un ensemble convertisseur du type DC/DC et des moyens de commande de l'ensemble convertisseur DC/DC. [0012] Le dispositif comprend en outre des moyens de régulation reliés aux moyens de commande de l'ensemble convertisseur DC/DC.
[0013] Les moyens de régulation sont configurés pour sélectionner parmi un ensemble de modes fonctionnels possibles de l'ensemble convertisseur DC/DC, un mode fonctionnel prédéterminé ou un mode fonctionnel forcé, autre que le mode fonctionnel prédéterminé, en fonction de l'occurrence d'un signal de déclenchement du mode fonctionnel forcé, puis pour communiquer aux moyens de commandes le mode fonctionnel sélectionné.
[0014] Les modes fonctionnels possibles de l'ensemble convertisseur DC/DC sont :
- mode « By-Pass » ouvert : l'ensemble convertisseur DC/DC agit comme un interrupteur ouvert ;
- mode passant « By-Pass » : l'ensemble convertisseur DC/DC est équivalent à un conducteur électrique de faible impédance ;
- mode élévateur de tension (ou « Boost ») vers les stockeurs d'énergie dans le but de la recharger ou vers l'organe consommateur pour maintenir la tension de l'organe consommateur de réseau de bord ; et
- mode abaisseur de tension (ou « Buck ») vers les stockeur d'énergie.
[0015] Ainsi, dans une architecture électrique comprenant un stockeur d'énergie telle qu'une batterie, avec un mode fonctionnel forcé de type Boost vers la batterie, et un signal de déclenchement du mode forcé en cas d'occurrence d'une phase de décélération, le dispositif électronique de régulation assure le recharge de cette dernière en cas de décélération du véhicule.
[0016] Pour pouvoir répondre aux différents modes, l'ensemble convertisseur DC/DC est réversible en tension et comprend une pluralité de convertisseurs de courant unitaires montés électriquement en parallèle.
[0017] Ce dispositif présente les inconvénients suivants :
- l'alternateur ne peut pas être relié directement à la batterie ce qui limite son utilisation en fonction des choix d'architecture électrique ; - le dispositif de régulation nécessite plusieurs convertisseurs réversibles pour pouvoir réaliser les différents modes fonctionnels ;
- la structure du convertisseur nécessite alors au moins deux demi-ponts de commutateurs/transistors MOS. Cette structure est coûteuse et volumineuse ;
- le mode « By-Pass » ouvert n'est pas souhaitable pour des raisons de sûreté de fonctionnement. En effet, il convient de disposer en plus du « By-Pass », un dispositif annexe permettant le passage du courant du stockeur principal vers le réseau de bord ;
- les convertisseurs ne sont pas protégés en courant lors d'une inversion de la batterie et le rajout d'un dispositif à diodes de puissance en entrée du dispositif de régulation, pénaliserait l'encombrement et le coût du dispositif.
[0018] L'invention vise à résoudre ces inconvénients en proposant un dispositif de régulation qui permet d'une part, de faire de la récupération d'énergie électrique pendant les phases de lever de pied, puis de restituer cette énergie au réseau de bord et, d'autre part, de réaliser un maintien de la tension du réseau de bord stabilisée durant les phases d'arrêt, démarrage et redémarrage du moteur thermique avec un minimum de composants.
[0019] A cet effet, la présente invention propose un circuit électrique d'un véhicule automobile comprenant un premier stockeur d'énergie électrique, un générateur de courant connecté en parallèle au premier stockeur d'énergie électrique entre un potentiel de référence et un premier nœud du circuit, un réseau de bord du véhicule comportant au moins un organe consommateur d'énergie électrique monté entre un deuxième nœud du circuit et le potentiel de référence, un dispositif de régulation en tension monté entre le premier nœud et le deuxième nœud. [0020] Le circuit est caractérisé en ce que le dispositif de régulation comporte un commutateur By-Pass monté en série entre les premier et deuxième nœuds correspondant aux bornes d'entrée et de sortie du dispositif de régulation, ledit commutateur By-Pass comportant un commutateur et une diode montée en parallèle sur le commutateur et passante de la borne d'entrée vers la borne de sortie du dispositif de régulation, et en ce que le dispositif de régulation comprend un convertisseur DC/DC réversible monté en série avec un deuxième stockeur d'énergie électrique, le convertisseur DC/DC étant connecté à la borne de sortie du régulateur et le deuxième stockeur d'énergie électrique étant connecté au potentiel de référence. [0021 ] Selon une caractéristique, le dispositif de régulation comporte en outre, un module de pilotage du commutateur By-Pass et du convertisseur DC/DC, un module de diagnostic surveillant l'état de fonctionnement du convertisseur DC/DC, du commutateur By-Pass, et un module de pilotage apte à commander le commutateur By-Pass et le convertisseur DC/DC. [0022] Selon une autre caractéristique, le réseau de bord comporte un module de pilotage ECU apte à piloter le dispositif de régulation en fonction soit d'une phase de fonctionnement en récupération d'énergie soit en phase de fonctionnement en restitution d'énergie.
[0023] Selon une autre caractéristique, la phase de récupération d'énergie est une phase de décélération par lever de pied de la pédale d'accélérateur.
[0024] Selon une autre caractéristique, le module de pilotage ECU est un calculateur de commande du moteur thermique du véhicule.
[0025] Selon une autre caractéristique, le générateur de courant est un alternateur réversible. [0026] Selon une autre caractéristique, le premier stockeur d'énergie électrique est une batterie électrochimique et le deuxième stockeur d'énergie électrique est une ultracapacité.
[0027] La présente invention a également pour objet un véhicule automobile comportant un circuit électrique tel que décrit ci-dessus.
[0028] D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation du dispositif de régulation et du circuit électrique selon l'invention ;
- les figures 2a à 2d sont des représentations sous forme de chronogrammes des signaux échangés en interne dans le dispositif de régulation et entre le dispositif de régulation et le réseau de bord du circuit d'alimentation selon l'invention dans deux phase de fonctionnement ;
- la figure 3 est une représentation schématique du mode de réalisation du circuit électrique et du dispositif de régulation selon l'invention dans une phase de récupération d'énergie ; et
- la figure 4 est une représentation schématique du mode de réalisation du circuit électrique et du dispositif de régulation selon l'invention dans une phase de restitution d'énergie.
[0029] Dans le mode de réalisation, illustré à la figure 1 , le circuit électrique CE est constitué d'un étage d'entrée EE, d'un étage de sortie ES et d'un dispositif de régulation 5 disposé entre l'étage d'entrée EE et l'étage de sortie ES. [0030] L'étage d'entrée EE comprend un stockeur d'énergie électrique principal 1 , comme par exemple une batterie électrochimique, un démarreur 2, un générateur électrique tel qu'un alternateur 3.
[0031 ] L'alternateur 3 peut être indifféremment un alternateur classique fournissant une tension constante, un alternateur dont la tension de sortie peut être pilotée ou encore un alternateur réversible. [0032] La batterie 1 , le démarreur 2 et l'alternateur 3 sont montés en parallèle entre un même potentiel de référence M (désigné ci-après par le terme « masse »), et un nœud commun E.
[0033] Par nœud, on entend un point commun entre plusieurs branches du circuit électrique qui sont donc au même potentiel.
[0034] L'étage de sortie ES comprend un module de pilotage 6 de type calculateur moteur ECU (Engine Control Unit) et une charge 8.
[0035] La charge 8 est un organe consommateur d'énergie électrique du réseau de bord RDB tel qu'une direction assistée électrique (DAE), l'ABS, ... [0036] Le module de pilotage ECU 6 et la charge 8 sont montés en parallèle entre la masse et un nœud commun S.
[0037] Le dispositif de régulation 5, délimité par une ligne fermée discontinue, est disposé entre les nœuds E et S qui correspondent respectivement aux bornes d'entrée et de sortie du dispositif de régulation 5. [0038] L'étage de sortie ES, comportant le module de pilotage ECU 6 et la charge 8, est représentatif du réseau de bord RDB du véhicule.
[0039] Le module de pilotage ECU sera désigné « ECU » dans la suite de la description.
[0040] Le dispositif de régulation 5 selon l'invention comprend un commutateur « By-Pass » 10, monté en série entre l'entrée E et la sortie S du dispositif de régulation 5. Le commutateur By-Pass sera désigné par le terme « By-Pass » dans la suite de la description.
[0041 ] Le By-Pass 10 comporte un commutateur K et une diode D montée en parallèle sur le commutateur K ; la diode D étant montée passante de l'entrée E vers la sortie S du dispositif de régulation 5.
[0042] Le dispositif de régulation 5 comporte en outre un convertisseur 1 1 courant continu/courant continu, désigné dans la suite de la description par le terme « convertisseur DC/DC », réversible, un second stockeur d'énergie 12, par exemple un supercondensateur ou ultracapacité désigné dans la suite de la description par le terme « UCAP », un module de pilotage 13 du By-pass 10 et du convertisseur DC/DC 1 1 , un module de diagnostic 14, distinct du module de pilotage 13.
[0043] Le convertisseur DC/DC 1 1 et l'UCAP 12 sont montés en série entre un nœud P et la masse M ; le convertisseur DC/DC 1 1 étant connecté au nœud P.
[0044] Le By-Pass 10 est monté en série entre le nœud d'entrée E et le nœud P. Le nœud P est commun avec le nœud de sortie S du circuit électrique CE. Il est donc relié directement au réseau de bord RDB.
[0045] Le convertisseur DC/DC réversible 1 1 est bien connu de l'homme du métier. Il est par ailleurs décrit dans le document FR2970094 auquel on se référera si nécessaire.
[0046] L'ECU 6 pilote, d'une part, le module de pilotage 13 du By-Pass 10 et du convertisseur DC/DC 1 1 , et reçoit d'autre part des informations de diagnostic du module de diagnostic 14.
[0047] Le module de diagnostic 14 transmet les informations de diagnostic relatives à l'UCAP 12 et le convertisseur DC/DC 1 1 vers l'ECU 6.
[0048] Le dispositif de régulation 5 est donc connecté électriquement entre la batterie 1 et le réseau de bord RDB.
[0049] Le second stockeur d'énergie, considéré dans l'exemple décrit comme faisant partie du dispositif de régulation 5, est l'UCAP 12 dont la tension maximale est de 13V. Il pourrait être également constitué de cellules de lithium.
[0050] Pendant les phases de lever de pied (phase de récupération d'énergie), le dispositif de régulation recharge l'UCAP 12 avec un apport d'énergie délivré par le convertisseur DC/DC 1 1 .
[0051 ] Pendant les phases, autres que celle de récupération d'énergie, l'énergie emmagasinée dans l'UCAP 12 est restituée (phase de restitution d'énergie) au réseau de bord RDB par le convertisseur DC/DC réversible 1 1 .
[0052] L'état du convertisseur DC/DC 1 1 et de l'UCAP 12 est surveillé par le module de diagnostic 14 et les informations relatives à ces états sont transmises à l'ECU 6 qui en fonction des informations du moteur thermique (vitesse, lever de pied, redémarrage....), et des états respectifs du convertisseur DC/DC 1 1 et de l'UCAP 12, pilote le convertisseur DC/DC 1 1 et le By-Pass 10.
[0053] On va décrire maintenant en détail les deux phases de fonctionnement du dispositif de régulation selon l'invention (phase de récupération d'énergie et phase de restitution d'énergie) en référence aux figures 2, 3 et 4. [0054] Les figures 2a à 2d illustrent, pour ces deux phases, la forme des signaux d'information et de commande échangés en interne par le dispositif de régulation 5 et entre le dispositif de régulation 5 et le RDB pour respectivement, l'ECU 6, le module de pilotage 13, le By-Pass 10 et l'UCAP 12.
[0055] Dans la phase de récupération d'énergie, le module de pilotage 13 reçoit de l'ECU 6 un signal, par exemple une tension de 5v, correspondant à un état logique interprété par le module de pilotage 13 comme une phase de récupération d'énergie.
[0056] Le module de pilotage 13 pilote le By-Pass 10 en mode fermé (By-Pass « passant »). Ainsi, la tension d'entrée du dispositif de régulation 5 est au même potentiel que la tension du réseau de bord RDB (même potentiel aux nœuds E, P et S).
[0057] Le module de pilotage 13 pilote également le convertisseur DC/DC 1 1 en mode « Buck » (abaisseur de tension). Le convertisseur de tension DC/DC 1 1 convertit alors l'énergie dans le sens « tension d'entrée de l'alternateur » (nœud E) vers l'UCAP 12.
[0058] L'UCAP 12 se charge alors entre une tension basse minimale, par exemple de 5V et une tension haute limite, par exemple de 1 2V.
[0059] Un moyen interne au convertisseur DC/DC 1 1 permet de limiter la tension de recharge de l'UCAP 12 pour éviter une surcharge d'énergie. [0060] Dans la phase de restitution d'énergie, le module de pilotage 13 reçoit de l'ECU 6 un signal, par exemple une tension de Ov, correspondant à un état logique interprété par le module de pilotage 13 comme une phase de restitution d'énergie.
[0061 ] Le module de pilotage 13 pilote le By-Pass 10 en mode ouvert (commutateur K ouvert). Ainsi, la tension d'entrée du dispositif de régulation 5 n'est plus au même potentiel que la tension du réseau de bord RDB (VRDB).
[0062] Le module de pilotage 13 pilote également le convertisseur DC/DC 1 1 en mode « Boost » (élévateur de tension). Le convertisseur de tension DC/DC 1 1 convertit alors l'énergie dans le sens UCAP 12 vers « tension du réseau de bord RDB (VRDB)» (nœud S).
[0063] L'UCAP 12 se décharge alors entre une tension haute maximale, par exemple de 12V, et une tension limite basse, par exemple de 5V.
[0064] Un moyen interne au convertisseur DC/DC 1 1 permet de limiter la tension de décharge de l'UCAP 12 pour éviter une décharge totale d'énergie. [0065] Le convertisseur DC/DC 1 1 stabilise la tension du réseau de bord RDB (VRDB) à une valeur proche de la tension fournie par l'alternateur (par exemple 13,5v).
[0066] Ainsi, les variations de tension occasionnées durant les transitions de phases sont faibles. [0067] Les figures 3 et 4 illustrent le fonctionnement du dispositif de régulation 5 et l'évolution de la tension (VUCAP) aux bornes de l'UCAP 12 dans le temps t pour une tension de réseau de bord constante (VRDB), respectivement pour les phases de récupération et de restitution d'énergie en considérant les courants.
[0068] Dans la phase de récupération d'énergie (figure 3), suite notamment à un lever de pied de la pédale d'accélérateur, le By-Pass 10 est fermé (commutateur K fermé).
[0069] Le By-Pass 10 est alors représenté comme une simple liaison filaire entre l'entrée E et la sortie S du dispositif de régulation 5. [0070] Le convertisseur DC/DC 1 1 est équivalent à un générateur de courant dans le sens point P vers l'UCAP 12. La valeur du courant mesurée au nœud P est égale à la valeur de courant maximal que peut délivrer l'alternateur 3 (140A dans l'exemple) retranchée de la valeur du courant consommé par le réseau de bord RDB (40A dans l'exemple). Ce procédé est réalisé en interne du convertisseur DC/DC 1 1 par un dispositif d'asservissement du courant consommé (100A dans l'exemple) et envoyé à l'UCAP 12 en fonction de la valeur de la tension mesurée au nœud P, représentative de la tension alternateur 3.
[0071 ] Ainsi, lorsque la tension mesurée au nœud P par le convertisseur DC/DC 1 1 atteint une valeur minimale (par exemple 12.6v), on considère que le courant alternateur a atteint sa valeur limite haute et sa tension aux bornes se dérégule à la baisse.
[0072] Il s'établit ensuite un équilibre en courant consommé tel que l'alternateur 3 délivre toujours son courant maximum dans la phase de récupération. [0073] La totalité du courant délivré par l'alternateur 3, 140 A dans l'exemple considéré, est répartie entre le réseau de bord RDB (40 A) et l'ensemble convertisseur DC/DC 1 1 , UCAP 12 (140 A).
[0074] Le courant de recharge peut s'établir plus rapidement : par exemple, les temps de montée et descente en courant sont inférieurs à 100ms. On peut récupérer de l'énergie même pour des levers de pied très brefs du conducteur car il n'y a plus de variation de performance des fonctions du véhicule, visibles par les passagers du véhicule.
[0075] Dans la phase de restitution d'énergie (figure 4), le By-Pass 10 est ouvert (commutateur K ouvert). [0076] Le By-Pass 10 est alors représenté uniquement par sa diode D. Le convertisseur DC/DC 1 1 maintient la tension du réseau de bord RDB à une tension élevée (13,5v par exemple), alors que la tension de l'UCAP 12 et celle de l'alternateur 3 sont plus basses (13,2v dans l'exemple considéré).
[0077] Dans cette situation, le courant débité par le convertisseur DC/DC 1 1 est strictement égal au courant consommé par l'ensemble des charges du réseau de bord RDB. Il est de 40A dans l'exemple illustré à la figure 4) dans la limite haute acceptable par le convertisseur DC/DC 1 1 qui est dans l'exemple considéré de 100 A. [0078] Si une forte charge du réseau de bord RDB apparaît, suite par exemple à l'activation de la direction assistée électriquement (DAE) ou l'ABS, alors le courant total consommé par l'ensemble des charges du réseau de bord RDB peut dépasser 120 A alors que le convertisseur DC/DC 1 1 ne peut accepter que 100 A au maximum. [0079] Dans une telle situation, la tension de sortie du réseau de bord RDB baisse jusqu'à la valeur donnée par la différence de tension entre la tension aux bornes de la batterie 1 et la tension aux bornes de la diode D soit de 12,6v (13,2v - 0,6 v).
[0080] Ainsi, la tension du réseau de bord RDB est maintenue à une tension acceptable (12,6v) grâce à la batterie 1 et la diode D du By-Pass 10. [0081 ] La diode D constitue donc un moyen de sécurisation de maintien de tension lors des appels de courants de charge élevés dépassant le courant maximum admissible par le convertisseur DC/DC 1 1 .
[0082] Avec le dispositif de régulation 5 selon l'invention, il n'y a pas ou très peu de variation de tension du réseau de bord DRB durant les phases de récupération ou de restitution car la tension du réseau de bord est stabilisée à une tension constante, par exemple à 13,5V.
[0083] Par rapport à l'ensemble convertisseur DC/DC du document FR2970094, la structure en parallèle de deux blocs convertisseur DC/DC est remplacée par un bloc unique convertisseur DC/DC et un By-Pass. [0084] Le dispositif de régulation 5 selon l'invention utilise seulement neuf commutateurs MOS contre douze MOS pour le dispositif de régulation décrit dans le document FR2970094.
[0085] Cette structure est donc plus simple à réaliser et moins coûteuse à puissance égale. [0086] La structure du By-Pass proposée réalise la protection d'inversion de batterie et garantit la continuité électrique entre l'entrée et la sortie du réseau de bord RDB par la présence de la diode D mise en parallèle du commutateur K.
[0087] Le dispositif de régulation selon l'invention permet de récupérer une énergie électrique importante sur un cycle urbain.
[0088] Il permet d'assurer le maintien en tension lors des premiers démarrages puis les redémarrages (fonction Stop & Start « STT »).
[0089] La durée de vie du stockeur principal est augmentée.
[0090] La capacité du stockeur principal est réduite. [0091 ] Les composants électriques sont moins sollicités à leur limite de fonctionnement : leur durée de vie est donc augmentée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Circuit électrique (CE) d'un véhicule automobile comprenant un premier stockeur d'énergie électrique (1 ), un générateur de courant (3) connecté en parallèle au premier stockeur d'énergie électrique (1 ) entre un potentiel de référence (M) et un premier nœud (E) du circuit (CE), un réseau de bord (RDB) du véhicule comportant au moins un organe consommateur d'énergie électrique (8) monté entre un deuxième nœud (S) du circuit (CE) et le potentiel de référence (M), un dispositif de régulation (5) en tension monté entre le premier nœud (E) et le deuxième nœud (S), caractérisé en ce que le dispositif de régulation (5) comporte un commutateur By-Pass (10) monté en série entre les premier et deuxième nœuds (E et S) correspondant aux bornes d'entrée (E) et de sortie (S) du dispositif de régulation (5), ledit commutateur By-Pass comportant un commutateur (K) et une diode (D) montée en parallèle sur le commutateur (K) et passante de la borne d'entrée (E) vers la borne de sortie (S) du dispositif de régulation (5), et en ce que le dispositif de régulation (5) comprend un convertisseur DC/DC (1 1 ) réversible monté en série avec un deuxième stockeur d'énergie électrique (12), le convertisseur DC/DC (1 1 ) étant connecté à la borne de sortie (S) du régulateur (5) et le deuxième stockeur d'énergie électrique (12) étant connecté au potentiel de référence (M).
2. Circuit électrique (CE) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de régulation (5) comporte en outre, un module de pilotage (13) du commutateur By-Pass (10) et du convertisseur DC/DC (1 1 ), un module de diagnostic (14), surveillant l'état de fonctionnement du convertisseur DC/DC (1 1 ), du commutateur By-Pass (10), et un module de pilotage (13) apte à commander le commutateur By-Pass (10) et le convertisseur DC/DC (1 1 ).
3. Circuit électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le réseau de bord (RDB) comporte un module de pilotage ECU (6) apte à piloter le dispositif de régulation (5) en fonction soit d'une phase de fonctionnement en récupération d'énergie soit en phase de fonctionnement en restitution d'énergie.
4. Circuit électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la phase de récupération d'énergie est une phase de décélération par lever de pied de la pédale d'accélérateur.
5. Circuit électrique selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le module de pilotage ECU (6) est un calculateur de commande du moteur thermique du véhicule.
6. Circuit électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur de courant (3) est un démarreur réversible.
7. Circuit électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier stockeur d'énergie électrique (1 ) est une batterie électrochimique et le deuxième stockeur d'énergie électrique (12) est une ultracapacité.
8. Véhicule automobile comportant un circuit électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
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