EP3257133A1 - Systeme d'alimentation electrique des equipements electriques d'un vehicule automobile par une batterie a hautes performances, dispositif de limitation de courant correspondant et demarreur equipe - Google Patents

Systeme d'alimentation electrique des equipements electriques d'un vehicule automobile par une batterie a hautes performances, dispositif de limitation de courant correspondant et demarreur equipe

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EP3257133A1
EP3257133A1 EP16705249.7A EP16705249A EP3257133A1 EP 3257133 A1 EP3257133 A1 EP 3257133A1 EP 16705249 A EP16705249 A EP 16705249A EP 3257133 A1 EP3257133 A1 EP 3257133A1
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EP
European Patent Office
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battery
lpf
performance battery
limiting device
motor vehicle
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Withdrawn
Application number
EP16705249.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas Labbe
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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Publication date
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a power supply system for electrical equipment of a motor vehicle by a high performance battery, and a corresponding current limiting device,
  • the invention relates to the combination of a standard starter intended for use with a standard lead-acid type battery and the limiting device allowing this standard starter to be powered by a lithium-ion type battery.
  • Reinforced starters generally have higher power than conventional starters to get a quick start for more user comfort. This results in a higher inrush current and therefore a first drop in battery voltage that goes beyond the usual values and that against high requirements. This causes a real difficulty for the designer because it would be necessary to be above battery voltage that the starter has internal voltage drops so high that it would then no longer have the power to drive at sufficient speed the engine thermal at low temperature.
  • a known solution of the inventive entity is based on the use of electronic voltage-boosting converters to avoid a voltage level too low on the on-board network.
  • a disadvantage of these converters lies in the substantial costs they introduce.
  • the known solutions relate to electrical power supply systems for the equipment of a motor vehicle essentially from 12 V standard lead acid batteries.
  • a nominal operating voltage of a lithium-ion battery is 13.4 V while that of a standard battery is 12.8 V.
  • the solution proposed is the use of low value resistors in series with the starter, and also an alternator. These resistors are operated by switches according to the operating modes of these devices.
  • EMC Electrical stress events
  • the present invention therefore aims to overcome the disadvantages of the known solution of the state of the art described above to allow the replacement in motor vehicles lead-acid type batteries by lithium-ion batteries, without reducing the yield and limiting the additional costs.
  • the electrical power supply system of the electrical equipment of a motor vehicle by a high-performance battery in question is of the type of those comprising at least one device for limiting a current of this high-performance battery, exhibiting a first nominal voltage, to specific characteristics of the equipment intended to be connected to a standard battery having a second nominal voltage lower than the first nominal voltage.
  • these devices comprise at least one starter of a vehicle heat engine connected to the high performance battery by a power circuit comprising such a limitation device connected in series with the starter.
  • the limiting device is remarkably a transformer comprising a secondary winding circuit formed by a secondary winding short circuit.
  • This transformer has a coupling coefficient and a secondary resistance of the secondary winding circuit according to the specific characteristics of the equipment.
  • a primary winding of the transformer is inserted between a power contact of an electromagnetic contactor and an electric motor of the starter.
  • the equipment comprises several electric motors each connected by a contactor and by a copy of the limitation device to an onboard network. powered by the high performance battery.
  • these devices also comprise at least one element of a group comprising at least one electric windscreen wiper, at least one electric window regulator, at least one windscreen washer, at least one electric fan, at least one less an electric compressor, at least one electric lock.
  • the high performance battery is of the lithium-ion type with a first nominal voltage of approximately 13.4 V and the standard battery is of the lead-acid type with a second nominal voltage of about 12.8 V.
  • the invention also relates to a device for limiting the current of a high performance battery suitable for use in the electrical power supply system of the electrical equipment of a motor vehicle by a high performance battery described above.
  • a magnetic circuit formed of a carcass of magnetic material comprising a cylindrical yoke, two closure parts and an axial core around which are arranged a primary winding and a secondary winding short circuit,
  • the secondary winding is formed of an electrically conductive tube surrounding the primary winding and having a predetermined length-to-spoke ratio as a function of specific characteristics of one of the equipment for which the limiting device is intended.
  • a combination in a motor vehicle of a starter comprising an electric motor and an electromagnetic contactor, a lithium-ion type high performance battery and a current limiting device of this high performance battery described above is also covered by the invention.
  • the limiting device is fixed on an outer casing of the starter and the electric motor is a standard motor designed to be powered by a standard battery type lead acid.
  • Figure 1 is a block diagram of a power system of electrical equipment of a motor vehicle by a lithium-ion battery known in the state of the art.
  • FIG. 2 is a block diagram of a power system electrical equipment of a motor vehicle, including a starter, by a lithium-ion type battery according to the invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of one of a power supply system for the electrical equipment of a motor vehicle, in particular a starter and several other equipment comprising electric motors, by a lithium-type battery. ion according to the invention.
  • FIG. 4 shows, in axial section, an exemplary embodiment of a device for limiting the current of a high-performance battery that can be used in the electrical power supply system of the electrical equipment of a motor vehicle with a battery at a high level. performance according to the block diagrams shown in Figures 2 and 3.
  • Figure 5 is a schematic view showing a combination of a lithium-ion type battery, a standard starter and a current limiting device of a high performance battery according to the invention.
  • a lithium-iron-phosphate (LiFeP0 4 ) 2 battery comprises a negative terminal 3 to a mass 4 and a positive terminal 5 which is connected to an edge network 6 of the vehicle.
  • the positive terminal 5 of this battery 2 is also connected by an electric circuit 7 to a DCM electric motor of a starter 8 of the engine of the vehicle, and to an alternator 9 driven by this engine.
  • the electrical circuit 7 comprises between the positive terminal 5 of the battery 2 and the starter 8 a first link comprising a first resistor R1 of low value, of the order of 1 m ⁇ , arranged in series with a first switch K1, and a second link comprising a second resistor R2, of the order of 6 m ⁇ , arranged in series with a second switch K2.
  • the electric circuit 7 comprises between the positive terminal 5 of the battery 2 and the alternator 9, a third link comprising only a third switch K3, and a fourth link comprising another resistor R2 ', also of the order of 6 m ⁇ , arranged in series with another switch K2 '.
  • the switches K1, K2, K3, K2 ' are controlled by a control and control electronics receiving various information on the operation of the vehicle and the actions of the driver.
  • the second switch K2 is closed, which allows to lower a first nominal voltage of about 13.4 V delivered by the battery 2 to a second nominal voltage of about 12 , 8 V compatible with the characteristics of a starter electric motor 8 intended to be connected to a standard lead-acid type battery.
  • the first switch K1 is closed to supply the starter at a higher voltage.
  • the third and fourth switches ⁇ 2 ', K3 are controlled according to the state of charge of the starter. the battery 2.
  • this electric power supply system 1 of the electrical equipment of a motor vehicle known from the state of the art is not satisfactory, because a precious electrical energy is unnecessarily dissipated by the Joule effect in the electric circuit 7.
  • an instantaneous power consumed by the DCM electric motor of the starter is limited by an LPF limitation device of the current supplied by the battery 2, but the electrical energy is recovered, at least in part, by the inductive nature of the device LPF.
  • the LPF limiting device is inserted in a power circuit of the EC starter, DCM in series between the DCM electric motor and a power contact CP of the electromagnetic contactor EC.
  • the EC contactor is here a conventional starter contactor, single power contact CP, and comprises a solenoid formed of a call coil and a holding coil.
  • the strong initial peak of current mentioned above occurs at the closing of the CP power contact, when the DCM motor is powered at full power.
  • Closing the power contact CP also causes circulation in the LPF limiting device of a power current supplying the DCM motor.
  • the LPF limiting device is a battlelike transformer having magnetically coupled windings W1, W2 and a secondary winding circuit W2, R formed by a secondary winding W2 whose ends are connected directly to each other, that is to say, who is short-circuited.
  • this LPF transformer make it possible to have several parameters for adjusting the impulse response of the LPF limiting device according to the specific characteristics of the DCM electric motor of the starter.
  • it is possible to optimize this response by adjusting inductances of the primary and secondary windings W1, W2, a mutual inductance introduced by a coupling between these circuits, and a secondary resistance of the secondary winding circuit R, W2 represented in Figure 2 by an equivalent resistance R.
  • transformer LPF remains a transformer of good quality, that is to say, it is chosen to have a coupling coefficient close to unity.
  • the primary winding circuit W1 is the one that is inserted in the power circuit of the starter.
  • an equivalent inductance of the LPF limiting device is between 0.1 and 10 mH approximately for power currents having an order of magnitude of 300 to 1000 A.
  • the effect of limiting the instantaneous power stems from the fact that when the DCM motor is powered up by the link battery 2, the initial peak of current is attenuated by about half despite a higher supply voltage. than that provided by a standard lead-acid battery due to the production of strong currents induced in the short circuit W2 short circuit, which oppose the sudden change in magnetic flux that generates them.
  • a slow evolution of the power current at the time of commissioning of the DCM motor limits the risk of electrical damage to DCM motor commutator brush contacts and the initial peak current attenuation limits the risk of mechanical damage due to a DCM motor too high couple associated.
  • transformers are adapted to the characteristics of the equipment which can be an electric windshield wiper, an electric window lifter, an electric window cleaner, an electric fan, an electric compressor, or an electric lock.
  • FIG. 4 A concrete embodiment of the current limiting devices LPF, LPF1, LPF2, LPF3 is shown in FIG. 4.
  • the LPF transformer essentially comprises a carcass C, Y0, CM, CM 'made of magnetic material such as steel, and primary windings W1 and secondary windings W2.
  • the carcass comprises a cylindrical yoke Y0, two closure pieces CM, CM 'and an axial core C around which are arranged the primary and secondary windings W1, W2.
  • the primary winding W1 is intended to be inserted in series in the power circuit DCM, EC and the secondary winding W2 is short-circuited.
  • This secondary winding W2 which surrounds the primary winding W1, comprises several turns or, alternatively, is in the form of an electrically conductive tube.
  • Figure 5 schematically shows a concrete application of an LPF limiting device according to the invention in a motor vehicle.
  • the application presented relates to a combination 13: - a lithium-ion battery 2 of a model 12 V 50 Ah;
  • EC starter comprising a DCM DC electric motor and an electromagnetic EC contactor intended for use with a standard 12V lead-acid battery
  • the current limiting device LPF is mechanically fixed to an outer casing 14 of the electric motor DCM of the starter, near the contactor EC.
  • the electrical connections between the current limiting device LPF, the contactor EC and the electric motor DCM correspond to the schematic diagram shown in FIG. 2.
  • the current limiting device LPF according to the invention is an entirely passive device which does not require any complex control logic necessarily generating significant additional costs, unlike the electrical circuit 7 formed of switchable resistors R1, R2, R2 'known to the state of the technique, as shown in Figure 1.
  • the high performance battery 2 mentioned is a lithium-ion battery of iron-phosphate technology.
  • a battery 2 of yttrium-doped iron-phosphate technology (LiFeYP0 4 ) operating at lower negative temperatures (down to -35 ° C.) could equally well be used in the power supply system 10, 1 1 according to the invention, as well as batteries of other technologies such as lithium-cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (LiNiMnCo0 2 ), lithium-nickel-manganese-aluminum oxide (LiNiMnAlO 2 ), lithium-titanate (Li 4 Ti 5 O 12 , with five elements in series).
  • LiCoO 2 lithium-cobalt oxide
  • LiMn 2 O 4 lithium manganese oxide
  • LiNiMnCo0 2 lithium-nickel-manganese-cobalt oxide
  • Li-Po Lithium-polymer
  • high performance batteries are also considered for automotive applications. With a voltage of 3.7 V per cell, they are little different from those of a 3.6 V cell per cell. Thanks to the present invention, a standard 12 V lead-acid battery could also be replaced. a vehicle with a battery 2 Li-Po of four elements without damage to equipment.

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Abstract

Le système d'alimentation électrique (10) d'équipements électriques par une 10 batterie à hautes performances (2) est du type de ceux comprenant au moins un dispositif de limitation (LPF) d'un courant de la batterie à hautes performances. La batterie à hautes performances a une première tension nominale supérieure à celle d'une batterie standard prévue initialement pour alimenter les équipements qui comprennent un démarreur (8) d'un moteur thermique relié à la batterie à hautes 15 performances à travers le dispositif de limitation. Conformément à l'invention, le dispositif de limitation (LPF) est un transformateur comportant un circuit d'enroulement secondaire (R, W2) formé par un enroulement secondaire (W2) court-circuité. Selon une autre caractéristique, le transformateur présente un coefficient de couplage et une résistance secondaire du circuit d'enroulement 20 secondaire qui sont fonction de caractéristiques spécifiques des équipements.

Description

SYSTEME D'ALIMENTATION ELECTRIQUE DES EQUIPEMENTS ELECTRIQUES D'UN VEHICULE AUTOMOBILE PAR UNE BATTERIE A HAUTES PERFORMANCES, DISPOSITIF DE LIMITATION DE COURANT
CORRESPONDANT ET DEMARREUR EQUIPE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION.
De manière générale, l'invention concerne un système d'alimentation électrique des équipements électriques d'un véhicule automobile par une batterie à hautes performances, et un dispositif de limitation de courant correspondant,
Plus particulièrement, l'invention concerne la combinaison d'un démarreur standard prévu pour une utilisation avec une batterie standard de type plomb- acide et du dispositif de limitation autorisant une mise sous tension de ce démarreur standard par une batterie de type lithium- ion. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION.
Lors de la mise sous tension d'un démarreur pour assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, il se produit un appel de courant important qui est proche du niveau de courant de court-circuit du démarreur, à savoir, un courant de l'ordre de 1000 Ampères. Cet appel de courant à la mise sous tension du démarreur décroît ensuite en intensité à mesure que l'induit du démarreur, correspondant au rotor de la machine, monte en vitesse.
A ce pic initial de courant correspond une chute conséquente de la tension aux bornes de la batterie. D'autres chutes de tension moins importantes se produisent ensuite pendant la phase de démarrage et correspondent à des passages par des points morts hauts successifs du moteur thermique.
Le développement de démarreurs dits « renforcés » adaptés pour des systèmes d'arrêt/ relance automatique du moteur thermique (systèmes dits « Stop/Start » ou « Stop & Go » en terminologie anglaise) impose aujourd'hui de nouvelles contraintes aux équipementiers automobiles, relatives au respect de seuils de tension minima de la batterie lors de l'appel de courant à la mise sous tension du démarreur. Ainsi, dans leurs cahiers de charges, les constructeurs automobiles définissent un premier seuil de tension compris habituellement entre 7 et 9 Volt en dessous duquel ne doit pas descendre la tension de batterie. Pour les chutes de tension suivantes, correspondant aux points morts hauts du moteur thermique, la tension de batterie doit rester supérieure à un second seuil de tension compris habituellement entre 8 et 9 Volt. Pendant le démarrage du moteur thermique, la tension du réseau de bord du véhicule reste ainsi à une valeur suffisante pour garantir le fonctionnement attendu des équipements des véhicules.
Les démarreurs renforcés ont généralement une puissance supérieure aux démarreurs classiques de manière à obtenir un démarrage rapide pour davantage de confort des utilisateurs. Il en découle un courant d'appel à la mise sous tension plus élevé et donc une première chute de la tension de batterie qui va au-delà des valeurs habituelles et cela en regard d'exigences élevées. Cela entraîne une réelle difficulté pour le concepteur car il faudrait pour se situer au-dessus en tension de batterie que le démarreur possède des chutes de tension interne si élevées qu'il n'aurait plus alors la puissance nécessaire pour entraîner à vitesse suffisante le moteur thermique à basse température.
Dans la technique antérieure, des solutions ont été proposées au problème exposé ci-dessus. Une solution connue de l'entité inventive repose sur l'utilisation de convertisseurs électroniques élévateurs de tension afin d'éviter un niveau de tension trop bas sur le réseau de bord. Un inconvénient de ces convertisseurs réside dans les coûts substantiels qu'ils introduisent.
Les solutions connues concernent des systèmes d'alimentation électriques des équipements d'un véhicule automobile essentiellement à partir de batteries standards de type plomb- acide de 12 V.
Or ces batteries standards sont en sursis, car, si elles bénéficient encore d'une dérogation à la réglementation européenne limitant l'utilisation du plomb, il ne fait pas de doute qu'elles seront à terme prohibées dans les véhicules.
De ce fait les équipementiers de l'automobile anticipent la généralisation de l'usage des batteries à hautes performances sans plomb, notamment de type lithium- ion, en remplacement des batteries classiques.
Une batterie de type lithium- ion ayant une tension nominale proche de celle d'une batterie standard de 12 V, comportant six éléments au plomb délivrant chacun chargés 2,25 V, doit comprendre quatre cellules en série, chaque cellule chargée ayant une tension de 3,6 V.
Ainsi une tension nominale de fonctionnement d'une batterie lithium- ion est de 13,4 V alors que celle d'une batterie standard est de 12,8 V.
Dans le cas de l'utilisation d'équipements prévus pour une tension de 12 V avec une batterie de type lithium- ion, il en résulte que le problème technique à résoudre n'est plus celui de la chute de tension rappelé ci- dessus, mais bien celui de l'appel de courant au moment de la mise sous tension du démarreur, appel de courant rendu plus important par la tension appliquées plus élevée et par la résistance interne plus faible de la batterie de type lithium- ion.
Ce problème a bien été identifié par la société PEUGEOT CITROEN
AUTOMOBILES, qui propose un système de limitation de courant d'une batterie au lithium- ion pour un véhicule automobile dans la demande de brevet internationale
WO2013/121 133.
La solution proposée est l'utilisation de résistances de faibles valeurs en série avec le démarreur, et aussi un alternateur. Ces résistances sont mises en service par des commutateurs suivant les modes de fonctionnement de ces équipements.
Cette solution présente un inconvénient majeur de diminuer le rendement électrique du système d'alimentation électrique, car des éléments résistifs sont parcourus par une intensité importante: une résistance de 1 ιτιΩ parcourue par 1000 A pour abaisser la tension de 1 V dissipe une puissance de 1 kW !
Cette solution présente également d'autres inconvénients, à savoir :
- un coût supplémentaire des composants actifs constitués par les commutateurs, relais ou semi-conducteurs de puissance, et de leurs dispositifs de commande, facteur extrêmement important dans le secteur très concurrentiel de l'automobile ;
- un manque relatif de fiabilité par l'emploi de composants semiconducteurs et l'emploi de relais électromécaniques, avec des pièces mobiles et ressorts, qui provoquent des chocs ;
- des événements de stress électrique (CEM) sur le réseau de bord, typiquement de quelques kV/s lors des commutations mécaniques ; et
- un retard en temps de démarrage du moteur thermique.
DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION.
La présente invention vise donc à pallier les inconvénients de la solution connue de l'état de la technique exposée ci-dessus pour permettre le remplacement dans les véhicules automobiles des batteries de type plomb- acide par des batteries de type lithium- ion, sans diminution du rendement et en limitant les surcoûts.
Le système d'alimentation électrique des équipements électriques d'un véhicule automobile par une batterie à hautes performances dont il s'agit, est du type de ceux comprenant au moins un dispositif de limitation d'un courant de cette batterie à hautes performances, présentant une première tension nominale, à des caractéristiques spécifiques des équipements prévus pour être connectés à une batterie standard présentant une seconde tension nominale inférieure à la première tension nominale.
Dans le domaine d'application de l'invention, ces équipements comprennent au moins un démarreur d'un moteur thermique du véhicule relié à la batterie à hautes performances par un circuit de puissance comprenant un tel dispositif de limitation monté en série avec le démarreur.
Selon l'invention, le dispositif de limitation est remarquablement un transformateur comportant un circuit d'enroulement secondaire formé par un enroulement secondaire court-circuité.
Ce transformateur présente un coefficient de couplage et une résistance secondaire du circuit d'enroulement secondaire fonction des caractéristiques spécifiques des équipements.
Selon l'invention, un enroulement primaire du transformateur est inséré entre un contact de puissance d'un contacteur électromagnétique et un moteur électrique du démarreur.
Dans le système d'alimentation électrique des équipements électriques d'un véhicule automobile par une batterie à hautes performances selon l'invention, les équipements comportent plusieurs moteurs électriques reliés chacun par un contacteur et par un exemplaire du dispositif de limitation à un réseau de bord alimenté par la batterie à hautes performances.
Selon l'invention, ces équipements comprennent en outre au moins un élément d'un groupe comprenant au moins un essuie-glace électrique, au moins un lève-vitre électrique, au moins un lave-vitre électrique, au moins un ventilateur électrique, au moins un compresseur électrique, au moins une serrure électrique.
Dans le système d'alimentation électrique des équipements électriques d'un véhicule automobile par une batterie à hautes performances selon l'invention, la batterie à hautes performances est de type lithium- ion avec une première tension nominale d'environ 13,4 V et la batterie standard est de type plomb- acide avec une seconde tension nominale d'environ 12,8 V.
L'invention concerne également un dispositif de limitation de courant d'une batterie à hautes performances apte à être utilisé dans le système d'alimentation électrique des équipements électriques d'un véhicule automobile par une batterie à hautes performances décrit ci-dessus.
Selon l'invention, il comprend un circuit magnétique formé d'une carcasse en matériau magnétique comportant une culasse cylindrique, deux pièces de fermeture et un noyau axial autour duquel sont agencés un enroulement primaire et un enroulement secondaire en court-circuit,
Selon l'invention encore, l'enroulement secondaire est formé d'un tube électriquement conducteur entourant l'enroulement primaire et présentant un rapport longueur sur rayon prédéterminé en fonction de caractéristiques spécifiques de l'un des équipements auquel est destiné le dispositif de limitation.
Une combinaison dans un véhicule automobile d'un démarreur comprenant un moteur électrique et un contacteur électromagnétique, d'une batterie à hautes performances de type lithium- ion et d'un dispositif de limitation de courant de cette batterie à hautes performances décrit ci-dessus, est aussi visée par l'invention.
Dans cette combinaison, selon l'invention, le dispositif de limitation est fixé sur un carter extérieur du démarreur et le moteur électrique est un moteur standard prévu pour être alimenté par une batterie standard de type plomb- acide.
Ces quelques spécifications essentielles de l'invention auront rendu évidents pour l'homme de métier la suppression des inconvénients de la seule solution connue jusqu'à maintenant qui permettait le remplacement dans les véhicules automobiles des batteries de type plomb- acide par des batteries de hautes performances, notamment de type lithium- ion.
Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS.
La Figure 1 est un schéma de principe d'un système d'alimentation électrique des équipements électriques d'un véhicule automobile par une batterie de type lithium- ion connu de l'état de la technique.
La Figure 2 est un schéma de principe d'un système d'alimentation électrique des équipements électriques d'un véhicule automobile, notamment d'un démarreur, par une batterie de type lithium- ion selon l'invention.
La Figure 3 est un schéma de principe d'une d'un système d'alimentation électrique des équipements électriques d'un véhicule automobile, notamment d'un démarreur et de plusieurs autres équipements comportant des moteurs électriques, par une batterie de type lithium- ion selon l'invention.
La Figure 4 montre en coupe axiale un exemple de réalisation d'un dispositif de limitation de courant d'une batterie à hautes performances apte à être utilisé dans le système d'alimentation électrique des équipements électriques d'un véhicule automobile par une batterie à hautes performances selon les schémas de principe montrés sur les Figures 2 et 3.
La Figure 5 est une vue schématique montrant une combinaison d'une batterie de type lithium- ion, d'un démarreur standard et d'un dispositif de limitation de courant d'une batterie à hautes performances selon l'invention.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION.
Dans le système d'alimentation électrique 1 des équipements électriques d'un véhicule automobile connu de l'état de la technique représenté sur la Figure 1 , une batterie de technologie lithium- fer- phosphate (LiFeP04) 2 comporte une borne négative 3 à une masse 4 et une borne positive 5 qui est reliée à un réseau de bord 6 du véhicule.
La borne positive 5 de cette batterie 2 est aussi reliée par un circuit électrique 7 à un moteur électrique DCM d'un démarreur 8 du moteur thermique du véhicule, et à un alternateur 9 entraîné par ce moteur thermique.
Le circuit électrique 7 comporte entre la borne positive 5 de la batterie 2 et le démarreur 8 une première liaison comprenant une première résistance R1 de faible valeur, de l'ordre de 1 mQ, disposée en série avec un premier interrupteur K1 , et une deuxième liaison comprenant une deuxième résistance R2, de l'ordre de 6 mQ, disposée en série avec un deuxième interrupteur K2.
Le circuit électrique 7 comporte entre la borne positive 5 de la batterie 2 et l'alternateur 9, une troisième liaison comprenant uniquement un troisième interrupteur K3, et une quatrième liaison comprenant une autre résistance R2', également de l'ordre de 6 mQ, disposée en série avec un autre interrupteur K2'.
Les interrupteurs K1 , K2, K3, K2' sont pilotés par une électronique de contrôle et de commande recevant différentes informations sur le fonctionnement du véhicule et les actions du conducteur.
Pour le démarrage du moteur thermique en utilisant le démarreur 8, le deuxième interrupteur K2 est fermé, ce qui permet d'abaisser une première tension nominale d'environ 13,4 V délivrée par la batterie 2 à une seconde tension nominale d'environ 12,8 V compatible avec les caractéristiques d'un moteur électrique 8 de démarreur prévu pour être connecté à une batterie standard de type plomb- acide.
Exceptionnellement, dans des conditions de démarrage difficiles, le premier interrupteur K1 est fermé pour alimenter le démarreur sous une tension plus élevée, De la manière analogue, les troisième et quatrième interrupteurs Κ2', K3 sont pilotés en fonction de l'état de charge de la batterie 2.
Comme cela a déjà été indiqué en préambule, ce système d'alimentation électrique 1 des équipements électriques d'un véhicule automobile connu de l'état de la technique n'est pas satisfaisant, car une énergie électrique précieuse est inutilement dissipée par effet Joule dans le circuit électrique 7.
Cela est encore moins satisfaisant si le système d'alimentation électrique 1 est utilisé dans un système d'arrêt/ relance automatique où les redémarrages sont très fréquents en circulation urbaine.
Dans le système d'alimentation électrique 10 des équipements électriques d'un véhicule automobile selon l'invention représenté sur la Figure 2, une puissance instantanée consommée par le moteur électrique DCM du démarreur est limitée par un dispositif de limitation LPF du courant fourni par la batterie li- ion 2, mais l'énergie électrique est récupérée, au moins en partie, de par le caractère inductif de ce dispositif LPF.
Le dispositif de limitation LPF est inséré dans un circuit de puissance du démarreur EC, DCM en série entre le moteur électrique DCM et un contact de puissance CP du contacteur électromagnétique EC.
Le contacteur EC est ici un contacteur classique de démarreur, à simple contact de puissance CP, et comprend un solénoïde formé d'une bobine d'appel et d'une bobine de maintien.
La fermeture d'un contact de démarrage CS du véhicule commande l'excitation des bobines d'appel et de maintien, et l'activation du démarreur DCM, EC selon un séquencement bien connu de l'homme du métier et qui ne sera pas détaillé ici.
Le fort pic initial de courant mentionné plus haut intervient à la fermeture du contact de puissance CP, lorsque le moteur DCM est alimenté à pleine puissance.
La fermeture du contact de puissance CP provoque également la circulation dans le dispositif de limitation LPF d'un courant de puissance alimentant le moteur DCM.
Comme le montre son schéma électrique sur la Figure 2, le dispositif de limitation LPF est un transformateur de type cuirassé ayant des enroulements W1 , W2 couplés magnétiquement et un circuit d'enroulement secondaire W2, R formé par un enroulement secondaire W2 dont les extrémités sont reliées directement entre-elles, c'est-à-dire qui est court- circuité.
Diverses formes de réalisation de ce transformateur LPF permettent de disposer de plusieurs paramètres pour ajuster la réponse impulsionnelle du dispositif de limitation LPF en fonction des caractéristiques spécifiques du moteur électrique DCM du démarreur. Ainsi, il est possible d'optimiser cette réponse en réglant des inductances des enroulements primaire et secondaire W1 , W2, une mutuelle inductance introduite par un couplage entre ces circuits, ainsi qu'une résistance secondaire du circuit d'enroulement secondaire R, W2 représentée sur la Figure 2 par une résistance équivalente R.
Mais le transformateur LPF reste un transformateur de bonne qualité, c'est-à- dire qu'il est choisi pour présenter un coefficient de couplage voisin de l'unité.
On rappelle que le coefficient de couplage d'un transformateur est défini par le rapport k=M/ (L-| .L2)1/2, où M est une inductance mutuelle, Li l'inductance primaire et L2 l'inductance secondaire.
Le circuit d'enroulement primaire W1 est celui qui est inséré dans le circuit de puissance du démarreur.
Typiquement, une inductance équivalente du dispositif de limitation LPF est comprise entre 0, 1 et 1 0 mH environ pour des courants de puissance ayant un ordre de grandeur de 300 à 1 000 A.
L'effet de limitation de la puissance instantanée découle du fait qu'à la mise sous tension du moteur DCM par la batterie li- ion 2, le pic initial de courant est atténué d'environ la moitié malgré une tension d'alimentation plus élevée que celle fournie par une batterie standard au plomb en raison de la production de forts courants induits dans le circuit secondaire W2 court-circuité, qui s'opposent à la brutale variation de flux magnétique qui les génère. une évolution lente du courant de puissance au moment de la mise en service du moteur DCM limite les risques de dommages électriques aux contacts balais- collecteur du moteur DCM et l'atténuation du pic initial de courant limite les risques de dommages mécaniques dus à un niveau de couple trop élevé associé.
Dans le système d'alimentation électrique 1 1 des équipements électriques d'un véhicule automobile selon l'invention représenté sur la Figure 3, des moteurs électriques M1 , M2, M3 d'équipements 12 prévus pour fonctionner avec une batterie standard de 12 V sont mis en marche par des commutateurs S1 , S2, S3 en les connectant à la batterie li- ion 2.
Des limitateurs de courant LPF1 , LPF2, LPF3 selon l'invention, de même type que celui décrit ci-dessus, formés par des transformateurs avec un secondaire court-circuité, sont insérés en série avec ces moteurs électriques M1 , M2, M3.
Ces transformateurs sont adaptés aux caractéristiques des équipements qui peuvent être un essuie-glace électrique, un lève-vitre électrique, un lave-vitre électrique, un ventilateur électrique, un compresseur électrique, ou une serrure électrique.
Un exemple de réalisation concrète des dispositifs de limitation de courant LPF, LPF1 , LPF2, LPF3 est montré à la Figure 4.
Dans l'exemple de la Figure 4, le transformateur LPF comprend essentiellement une carcasse C, YO, CM, CM' en matériau magnétique tel que l'acier, et des enroulements primaire W1 et secondaire W2.
La carcasse comprend une culasse cylindrique YO, deux pièces de fermeture CM, CM' et un noyau axial C autour duquel sont agencés les enroulements primaire et secondaire W1 , W2.
L'enroulement primaire W1 est destiné à s'insérer en série dans le circuit de puissance DCM, EC et l'enroulement secondaire W2 est en court-circuit.
Cet enroulement secondaire W2, qui entoure l'enroulement primaire W1 , comprend plusieurs spires ou, alternativement, est réalisé sous la forme d'un tube électriquement conducteur.
Dans une réalisation sous la forme de tube, celui-ci présente un rapport longueur sur rayon prédéterminé en fonction des caractéristiques spécifiques de l'équipement auquel est destiné le dispositif de limitation LPF.
La Figure 5 montre schématiquement une application concrète d'un dispositif de limitation LPF selon l'invention dans un véhicule automobile.
L'application présentée concerne une combinaison 13: - d'une batterie lithium- ion 2 d'un modèle 12 V 50 Ah;
- d'un démarreur DCM, EC comprenant un moteur électrique à courant continu DCM et un contacteur électromagnétique EC prévus pour une utilisation avec une batterie standard plomb- acide de 12 V;
- d'un dispositif de limitation de courant LPF tel que décrit ci-dessus.
Dans cette application, le dispositif de limitation de courant LPF est fixé mécaniquement à un carter extérieur 14 du moteur électrique DCM du démarreur, à proximité du contacteur EC.
Les liaisons électriques entre le dispositif de limitation de courant LPF, le contacteur EC et le moteur électrique DCM correspondent au schéma de principe montré sur la Figure 2.
Le dispositif de limitation de courant LPF selon l'invention est un dispositif entièrement passif qui ne nécessite aucune logique de commande complexe engendrant nécessairement des surcoûts importants, contrairement au circuit électrique 7 formé de résistances commutables R1 , R2, R2' connu de l'état de la technique, comme montré sur la Figure 1.
La limitation de courant n'étant pas basée sur l'insertion de résistances R1 , R2, R2', il n'y a pas non plus de pertes par effet Joule associées, et le rendement électrique du système d'alimentation 10, 1 1 est préservé.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seuls modes d'exécution préférentiels décrits ci-dessus. Les équipements cités ne sont aussi que des exemples non limitatifs: tout équipement du véhicule constituant une charge inductive ou capacitive susceptible de produire un fort appel de courant à la mise sous tension peut être protégé par le dispositif de limitation de courant LPF selon l'invention.
La batterie 2 de hautes performances citée est une batterie de type lithium- ion de technologie fer- phosphate. Une batterie 2 de technologie fer- phosphate dopée à l'yttrium (LiFeYP04) fonctionnant à des températures négatives plus basses (jusqu'à -35°C)pourrait tout aussi bien être mise dans oeuvre dans le système d'alimentation électrique 10, 1 1 selon l'invention, ainsi que des batteries d'autres technologies telles que lithium- oxyde de cobalt (LiCo02), lithium- oxyde de manganèse (LiMn204), lithium- nickel- manganèse- oxyde de cobalt (LiNiMnCo02), lithium- nickel- manganèse- oxyde d'aluminium (LiNiMnAI02), lithium- titanate (Li4Ti50i2, avec cinq éléments en série).
Des batteries de hautes performances de type lithium- polymères (Li- Po) sont également envisagées pour les applications à l'automobile. Présentant une tension par élément de 3,7 V, elles sont peu différentes des batteries fer- phosphate ayant une tension par élément de 3,6 V. Grâce à la présente invention, une batterie standard au plomb de 12 V pourrait aussi être remplacée dans une véhicule par une batterie 2 Li- Po de quatre éléments sans dommage pour les équipements.
L'invention embrasse donc toutes les variantes possibles de réalisation dans la limite de l'objet des revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Système d'alimentation électrique (1 , 1 0, 1 1 ) des équipements électriques (6, 8, 9, 1 2) d'un véhicule automobile par une batterie dite à hautes performances (2) du type de ceux comprenant au moins un dispositif de limitation (7, LPF) pour limiter un courant de ladite batterie à hautes performances (2), présentant une première tension nominale, afin de satisfaire à des caractéristiques desdits équipements (6, 8, 9, 1 2) initialement prévus pour être connectés à une batterie dite standard présentant une seconde tension nominale inférieure à ladite première tension nominale, lesdits équipements (6, 8, 9, 1 2) comprenant au moins un démarreur (8) d'un moteur thermique dudit véhicule relié à ladite batterie à hautes performances (2) par un circuit de puissance comprenant ledit au moins un dispositif de limitation (7, LPF) monté en série avec ledit démarreur (8), caractérisé en ce que ledit au moins un dispositif de limitation (LPF) est un transformateur comportant un circuit d'enroulement secondaire (R, W2) formé par un enroulement secondaire (W2) court-circuité.
2) Système d'alimentation électrique (1 0, 1 1 ) des équipements électriques (6, 8, 9, 12) d'un véhicule automobile par une batterie dite à hautes performances (2) selon la revendication 1 précédente, caractérisé en ce que ledit transformateur (LPF) présente un coefficient de couplage et une résistance secondaire (R) dudit circuit d'enroulement secondaire (R, W2) fonction desdites caractéristiques.
3) Système d'alimentation électrique (1 0, 1 1 ) des équipements électriques (6, 8, 9, 12) d'un véhicule automobile par une batterie dite à hautes performances (2) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 précédentes, caractérisé en ce qu'un enroulement primaire (W1 ) dudit transformateur (LPF) est inséré entre un contact de puissance (CP) d'un contacteur électromagnétique (EC) et un moteur électrique (DCM) dudit démarreur (EC, DCM).
4) Système d'alimentation électrique (1 0, 1 1 ) des équipements électriques (6, 8, 9, 12) d'un véhicule automobile par une batterie dite à hautes performances (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 précédentes, caractérisé en ce que lesdits équipements (6, 8, 9, 1 2) comportent plusieurs moteurs électriques (M1 , M2, M3) reliés chacun par un contacteur (S1 , S2, S3) et par un dit dispositif de limitation (LPF) à un réseau de bord alimenté par ladite batterie à hautes performances (2).
5) Système d'alimentation électrique (10, 1 1 ) des équipements électriques (6, 8, 9, 12) d'un véhicule automobile par une batterie dite à hautes performances (2) selon la revendication 4 précédente, caractérisé en ce que lesdits équipements comprennent (6, 8, 9, 12) en outre au moins un élément d'un groupe comprenant au moins un essuie-glace électrique, au moins un lève-vitre électrique, au moins un lave-vitre électrique, au moins un ventilateur électrique, au moins un compresseur électrique, au moins une serrure électrique.
6) Système d'alimentation électrique (10, 1 1 ) des équipements électriques (6, 8, 9, 12) d'un véhicule automobile par une batterie dite à hautes performances (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 précédentes, caractérisé en ce que ladite batterie à hautes performances (2) est de type lithium- ion avec une première tension nominale d'environ 13,4 V et ladite batterie standard est de type plomb- acide avec une seconde tension nominale d'environ 12,8 V.
7) Dispositif de limitation de courant (LPF) d'une batterie à hautes performances (2) apte à être utilisé dans le système d'alimentation électrique (10, 1 1 ) des équipements électriques (6, 8, 9, 12) d'un véhicule automobile par une batterie dite à hautes performances (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit magnétique (YO, C, CM, CM') formé d'une carcasse (YO, C) en matériau magnétique comportant une culasse cylindrique (YO), deux pièces de fermeture (CM, CM') et un noyau axial (C) autour duquel sont agencés un enroulement primaire (W1 ) et un enroulement secondaire (W2) en court-circuit.
8) Dispositif de limitation de courant (LPF) d'une batterie à hautes performances (2) selon la revendication 7 précédente, caractérisé en ce que ledit enroulement secondaire (W2) est formé d'un tube électriquement conducteur entourant ledit enroulement primaire (W1 ) et présentant un rapport longueur sur rayon prédéterminé en fonction desdites caractéristiques des équipements électriques (6, 8, 9, 12) auquel ledit dispositif de limitation est destiné. 9) Combinaison (13) dans un véhicule automobile d'un démarreur (DCM, EC) comprenant un moteur électrique (DCM) et un contacteur électromagnétique (EC), d'une batterie à hautes performances (2) de type lithium- ion, et d'un dispositif de limitation de courant (LPF) de ladite batterie à hautes performances (2) selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 précédentes.
10) Combinaison (13) selon la revendication 9 précédente, caractérisé en ce que ledit dispositif de limitation (LPF) est fixé sur un carter extérieur (14) dudit démarreur (DCM, EC) et en ce que ledit moteur électrique (DCM) est un moteur standard prévu pour être alimenté par une batterie standard de type plomb- acide.
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