FR2751145A1 - Control of charge on super-capacitor supplementing battery of motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE CONTROLE DE LA CHARGE D'UN SUPERCONDENSATEUR ET PROCEDE DE COMMANDE
D'UN TEL DISPOSITIF
La présente invention concerne un dispositif de contrôle de la charge d'un supercondensateur d'un ensemble d'alimentation de charges électriques dans un véhicule automobile et son procédé de commande lui assurant une charge optimale sans pénaliser le fonctionnement de l'ensemble d'alimentation.DEVICE FOR CONTROLLING THE CHARGE OF A SUPERCAPACITOR AND CONTROL METHOD
OF SUCH A DEVICE
The present invention relates to a device for controlling the charge of a supercapacitor of a power supply assembly for electric charges in a motor vehicle and its control method ensuring it an optimal charge without penalizing the operation of the power supply assembly .
L'invention s'applique plus particulièrement à un ensemble d'alimentation de charges électriques de véhicule automobile, qui comprend une batterie, connectée en parallèle avec un alternateur relié au moteur destiné à la charge de la batterie, des charges électriques montées en parallèle un supercondensateur.The invention applies more particularly to an assembly for supplying electric charges to a motor vehicle, which comprises a battery, connected in parallel with an alternator connected to the engine intended for charging the battery, electric charges mounted in parallel a supercapacitor.
Dans un tel ensemble d'alimentation de charges électriques, la batterie assure notamment le démarrage du moteur en fournissant le courant nécessaire au fonctionnement du démarreur ; lorsque le moteur tourne l'alimentation des diverses charges électriques du véhicule est normalement assurée par l'alternateur.In such an assembly for supplying electrical charges, the battery ensures in particular the starting of the engine by supplying the current necessary for the operation of the starter; when the engine is running, the supply of various electrical loads to the vehicle is normally provided by the alternator.
L'utilisation urbaine des véhicules automobiles amène à de fréquents démarrages du moteur, lesquels absorbent une puissance électrique importante ; le déplacement qui suit du véhicule, généralement de l'ordre de quelques kilomètres, s'avère souvent insuffisant pour permettre à l'alternateur de recharger suffisamment la batterie afin de compenser la décharge de cette dernière qui résulte du démarrage précédent.The urban use of motor vehicles leads to frequent engine starts, which absorb significant electrical power; the subsequent movement of the vehicle, generally of the order of a few kilometers, often proves to be insufficient to allow the alternator to sufficiently recharge the battery in order to compensate for the discharge of the latter which results from the previous start-up.
Il s'ensuit des difficultés de démarrage dues à des batteries déchargées.This results in starting difficulties due to discharged batteries.
L'énergie électrique stockée dans le supercondensateur, qui possède une capacité de l'ordre de 1500 Farad, peut être délivrée en un temps relativement bref ; il permet donc notamment de délivrer la forte puissance nécessaire au démarrage du moteur ou au chauffage du pot catalytique, en évitant que la batterie ne soit trop fortement sollicitée. The electrical energy stored in the supercapacitor, which has a capacity of the order of 1500 Farad, can be delivered in a relatively short time; it therefore makes it possible in particular to deliver the high power necessary for starting the engine or for heating the catalytic converter, while preventing the battery from being excessively stressed.
La recharge du supercondensateur est ensuite effectuée par l'alternateur.The supercapacitor is then recharged by the alternator.
Cependant, le fonctionnement simultané de plusieurs organes de l'équipement électrique du véhicule, peut nécessiter une puissance que l'alternateur ne peut fournir à lui seul, la batterie pouvant alors être sollicitée pour fournir un courant supplémentaire par rapport au courant insuffisant fourni par l'alternateur pour alimenter lesdits organes.However, the simultaneous operation of several organs of the electrical equipment of the vehicle, may require a power that the alternator cannot supply on its own, the battery then being able to be called upon to supply an additional current compared to the insufficient current supplied by the 'alternator to power said organs.
Dans cette situation, afin d'éviter les problèmes de cyclage liés aux sollicitations auxquelles la batterie est soumise, il est préférable de limiter la décharge supplémentaire de la batterie qui résulterait du courant nécessaire à la charge du supercondensateur.In this situation, in order to avoid the cycling problems linked to the stresses to which the battery is subjected, it is preferable to limit the additional discharge of the battery which would result from the current necessary for charging the supercapacitor.
A cet effet, la présente invention propose un dispositif d'alimentation de charges électriques de véhicule automobile à moteur, comprenant une batterie, un alternateur entraîné par le moteur destiné à la charge de la batterie, et auxquels sont connectés des charges électriques, un supercondensateur et un système de contrôle de la charge du supercondensateur disposé entre le supercondensateur à l'ensemble constitué par la batterie, l'alternateur et les charges, caractérisé en ce que ledit système de contrôle de la charge comprend - des moyens de mesure de l'état de charge de la batterie, - des moyens de mesure de la tension aux bornes du supercondensateur, - des moyens de commutation associés à des moyens de commande contrôlant l'interruption ou l'établissement de la liaison électrique entre le supercondensateur et la batterie, les charges et l'alternateur selon que la batterie se charge ou se décharge.To this end, the present invention provides a device for supplying electrical charges to a motor vehicle, comprising a battery, an alternator driven by the engine intended for charging the battery, and to which electrical charges are connected, a supercapacitor and a supercapacitor charge control system disposed between the supercapacitor to the assembly consisting of the battery, the alternator and the charges, characterized in that said charge control system comprises - means for measuring the state of charge of the battery, - means for measuring the voltage across the supercapacitor, - switching means associated with control means controlling the interruption or establishment of the electrical connection between the supercapacitor and the battery, the loads and the alternator depending on whether the battery is charging or discharging.
Le dispositif selon l'invention permet de limiter la décharge de la batterie quand le réseau électrique est en dévers, c'est à dire quand l'alternateur ne peut fournir le courant nécessaire au fonctionnement normal du réseau électrique de l'automobile.The device according to the invention makes it possible to limit the discharge of the battery when the electrical network is on a slope, that is to say when the alternator cannot supply the current necessary for the normal operation of the electrical network of the automobile.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, les moyens de commutation comprennent au moins un interrupteur bidirectionnel et commandable. According to another characteristic of the present invention, the switching means comprise at least one bidirectional and controllable switch.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, les moyens de commutation comprennent un interrupteur monodirectionnel et commandable.According to another characteristic of the present invention, the switching means comprise a monodirectional and controllable switch.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, les moyens interrupteurs monodirectionnel constituent un hacheur.According to another characteristic of the present invention, the one-way switch means constitute a chopper.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, les moyens de mesure de l'état de charge de la batterie sont constitués par un capteur de mesure du courant de charge ou de décharge de la batterie.According to another characteristic of the present invention, the means for measuring the state of charge of the battery consist of a sensor for measuring the charge or discharge current of the battery.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, les moyens de mesure de l'état de charge de la batterie sont constitués par des moyens de mesure de la tension aux bornes de ladite batterie.According to another characteristic of the present invention, the means for measuring the state of charge of the battery are constituted by means for measuring the voltage across said battery.
Un autre objet de l'invention est un procédé de commande d'un dispositif d'alimentation de charges électriques d'un véhicule électriques à moteur, caractérisé en ce que lors du fonctionnement du dispositif en phase de dévers pendant laquelle la batterie se décharge, la charge du supercondensateur est interrompue.Another object of the invention is a method for controlling a device for supplying electric charges to an electric motor vehicle, characterized in that during operation of the device in the superelevation phase during which the battery is discharged, the charge of the supercapacitor is interrupted.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est le schéma électrique général d'un dispositif d'alimentation des charges électriques d'un véhicule automobile, selon l'invention; - la figure 2 et 3 sont des schémas électrique de deux modes de réalisation du dispositif d'alimentation du dispositif d'alimentation des charges électriques, selon l'invention; - la figure 4 est un diagramme qui permet de décrire le procédé de commande selon l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which - FIG. 1 is the general electrical diagram of a power supply device electric charges of a motor vehicle, according to the invention; - Figure 2 and 3 are electrical diagrams of two embodiments of the power supply device of the power supply device for electrical charges, according to the invention; - Figure 4 is a diagram which describes the control method according to the invention.
Les éléments portant les mêmes références sur les différents figures remplissent les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats. The elements bearing the same references in the different figures fulfill the same functions for the same results.
En référence à la figure l, on a représenté un dispositif d'alimentation des charges électriques d'un véhicule à moteur qui comprend une batterie B, un alternateur A permettant d'alimenter les charges électriques C du véhicule et de recharger la batterie B, un supercondensateur SC fournissant l'énergie électrique d'appoint lors de la mise en fonctionnement d'organes électriques qui nécessitent un courant important pendant un bref moment, et un système de contrôle de la charge 3 reliant le supercondensateur SC au reste du réseau électrique du véhicule.Referring to FIG. 1, there is shown a device for supplying the electric charges of a motor vehicle which comprises a battery B, an alternator A making it possible to supply the electric charges C of the vehicle and to recharge the battery B, a supercapacitor SC supplying the additional electrical energy during the operation of electrical components which require a large current for a short time, and a charge control system 3 connecting the supercapacitor SC to the rest of the electrical network of the vehicle.
Le système de contrôle de la charge 3 sépare le supercondensateur
SC de l'ensemble constitué de l'alternateur A, la batterie B, et les charges électriques C.Charge control system 3 separates the supercapacitor
SC of the assembly consisting of alternator A, battery B, and electrical charges C.
L'alternateur A, les charges électriques C et la batterie B sont montés en parallèle.The alternator A, the electrical charges C and the battery B are connected in parallel.
Le système de contrôle de la charge du supercondensateur SC selon l'invention comprend - des moyens de mesure 1 de l'état de charge de la batterie qui peuvent être constitués, soit par des moyens de mesure de la tension aux bornes de cette dernière, soit par des moyens de mesure du courant de charge ou de décharge de la batterie B.The system for controlling the charge of the supercapacitor SC according to the invention comprises - means 1 for measuring the state of charge of the battery which can be constituted either by means of measuring the voltage across the terminals of the latter, either by means of measuring the charge or discharge current of the battery B.
- des moyens de mesure de la tension (non représentés) aux bornes du supercondensateur SC, - des moyens de commutation (I1,I2) qui contrôlent l'établissement et l'interruption de la liaison électrique entre le supercondensateur
SC et l'ensemble précédemment cité ; les moyens de commutation, sont commandés par un circuit de commande 2 recevant les signaux en provenance des moyens de mesure précédemment cités.- means for measuring the voltage (not shown) at the terminals of the supercapacitor SC, - switching means (I1, I2) which control the establishment and interruption of the electrical connection between the supercapacitor
SC and the assembly previously cited; the switching means are controlled by a control circuit 2 receiving the signals from the aforementioned measuring means.
Les moyens de mesure du courant de charge Il de la batterie B peuvent, à titre d'exemple non limitatif, être constitués par un capteur de courant de type connu, par exemple à effet Hall, qui permet de détecter la présence soit d'un courant de charge de la batterie, soit d'un courant de décharge de cette dernière. The means for measuring the charge current Il of the battery B can, by way of nonlimiting example, be constituted by a current sensor of known type, for example with Hall effect, which makes it possible to detect the presence of either a battery charging current, or a discharge current of the latter.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens de mesure de l'état de charge de la batterie comprennent des moyens de mesure de la tension à ses bornes ; en effet, selon que la tension mesurée à ses bornes soit ou non supérieure à un seuil prédéterminé (par exemple 12,7 V), caractéristique de chaque batterie, on peut en déduire que la batterie se charge ou se décharge.According to another embodiment of the invention, the means for measuring the state of charge of the battery comprise means for measuring the voltage at its terminals; in fact, depending on whether the voltage measured at its terminals is or is not greater than a predetermined threshold (for example 12.7 V), characteristic of each battery, it can be deduced therefrom that the battery is charged or discharged.
Les moyens de mesure de l'état de charge de la batterie peuvent être associés à des moyens logiques qui délivrent en sortie aux moyens de commande 2 un signal binaire ; ce signal prend par exemple les valeurs 0 ou 1, selon le courant mesuré par le capteur soit un courant de charge ou de décharge.The means for measuring the state of charge of the battery can be associated with logic means which deliver the binary signal as an output; this signal takes for example the values 0 or 1, according to the current measured by the sensor, either a charge or discharge current.
Quant aux moyens de mesure de la tension aux bornes du supercondensateur SC, ils comparent la tension aux bornes de ce dernier à une valeur de référence correspondant à un état de charge complet dudit supercondensateur ; ces moyens de mesure comprennent par exemple un comparateur, monté de manière connu en soi, qui délivre en sortie aux moyens de commande un signal binaire correspondant à une valeur logique 0 ou 1, selon que la tension aux bornes du supercondensateur soit supérieure ou égale à ladite tension de référence.As for the means for measuring the voltage at the terminals of the supercapacitor SC, they compare the voltage at the terminals of the latter with a reference value corresponding to a complete state of charge of said supercapacitor; these measuring means comprise for example a comparator, mounted in a manner known per se, which delivers as output to the control means a binary signal corresponding to a logic value 0 or 1, depending on whether the voltage across the terminals of the supercapacitor is greater than or equal to said reference voltage.
Les moyens de commande 2 peuvent consister en une porte logique, de type AND à deux entrées, lesquelles sont reliées respectivement aux deux moyens de mesure précédemment cités, et délivrant en sortie un signal binaire fonction de l'état desdites entrées.The control means 2 may consist of a logic gate, of AND type with two inputs, which are respectively connected to the two aforementioned measuring means, and delivering a binary signal as an output depending on the state of said inputs.
Suivant la valeur en sortie de cette porte logique, les moyens de commutation assureront ou vont interrompre la liaison électrique entre le supercondensateur SC et le reste du réseau électrique du véhicule.Depending on the value at the output of this logic gate, the switching means will ensure or will interrupt the electrical connection between the supercapacitor SC and the rest of the vehicle electrical network.
Les moyens de commande 2 peuvent aussi prendre la forme d'une unité centrale, telle qu'un microprocesseur, programmée de manière connue en soi pour mettre en oeuvre le procédé de contrôle selon l'invention. The control means 2 can also take the form of a central unit, such as a microprocessor, programmed in a manner known per se to implement the control method according to the invention.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 2, les moyens de commutation comprennent un ensemble composé d'une résistance R et d'un premier interrupteur bidirectionnel commandable Il, tel qu'un relais de type connu en sol, ledit ensemble étant monté entre l'une des bornes du supercondensateur SC et l'une des bornes de la batterie B.According to a first embodiment of the invention shown in FIG. 2, the switching means comprise an assembly composed of a resistor R and a first two-way controllable switch Il, such as a relay of known type on the ground, said assembly being mounted between one of the terminals of the supercapacitor SC and one of the terminals of the battery B.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, représenté à la figure 3, les moyens de commutation comprennent un convertisseur de tension constitué d'au moins un interrupteur monodirectionnel et commandable Il, par exemple un hacheur, monté entre l'une des bornes du supercondensateur et l'une des bornes de la batterie, qui permet le passage d'un courant de charge vers le supercondensateur.According to another embodiment of the invention, represented in FIG. 3, the switching means comprise a voltage converter made up of at least one unidirectional and controllable switch II, for example a chopper, mounted between one of the terminals from the supercapacitor and one of the battery terminals, which allows the passage of a charging current to the supercapacitor.
Le convertisseur ajuste la tension aux bornes du supercondensateur en fonction de la tension de la batterie; si cette tension est égale à la tension de consigne du régulateur de l'alternateur (par exemple 14,4
V à 20"C), le taux de hâchage est égal à t ; lorsque la tension batterie est comprise entre la tension de consigne du régulateur et la tenison seuil indiquant un possible dévers de la batterie, détecté par une tension à ses bornes inférieure à un seuil prédéteminé, le taux de hâchage est t si en outre la tension de la batterie est égale à la tension de consigne du régulateur, et de 0 si la tension de la batterie est inférieure à la valeur seuil correspondant à un possible dévers lorsque le réseau est en dévers, le taux de hâchage est nul et le condensateur n'est plus rechagé par le réseau.The converter adjusts the voltage across the supercapacitor according to the battery voltage; if this voltage is equal to the set voltage of the alternator regulator (for example 14.4
V at 20 "C), the chopping rate is equal to t; when the battery voltage is between the setpoint voltage of the regulator and the threshold voltage indicating a possible battery overflow, detected by a voltage across its terminals below a predetermined threshold, the chopping rate is t if in addition the battery voltage is equal to the regulator setpoint voltage, and 0 if the battery voltage is lower than the threshold value corresponding to a possible superelevation when the network is on a slope, the hash rate is zero and the capacitor is no longer reheated by the network.
Ainsi, le dispositif selon l'invention charge le supercondensateur avec un courant d'autant plus faible que le réseau est proche du dévers.Thus, the device according to the invention charges the supercapacitor with a current the lower the network is near the superelevation.
Afin de permettre la décharge du supercondensateur, les moyens de commutation peuvent en outre comprendre un second interrupteur commandable I2, par exemple un relais identique au premier, monté en parallèle aux bornes de l'ensemble constitué de la résistance et du premier interrupteur commandable ; le second relais est en position ouverte lors de la recharge du supercondensateur et commandé en fermeture par les moyens de commande selon une stratégie particulière dépendant des besoins électriques des organes du réseau lorsque l'énergie stockée dans le supercondensateur doit être utilisée. In order to allow the supercapacitor to discharge, the switching means can also comprise a second controllable switch I2, for example a relay identical to the first, mounted in parallel across the terminals of the assembly consisting of the resistor and the first controllable switch; the second relay is in the open position when the supercapacitor is recharged and ordered to close by the control means according to a particular strategy depending on the electrical needs of the organs of the network when the energy stored in the supercapacitor is to be used.
En référence à la figure 4, le fonctionnement du dispositif commandé selon l'invention est le suivant - à l'arrêt du moteur du véhicule, les interrupteurs Il et I2 sont ouverts, - en phase de décharge du supercondensateur SC, l'interrupteur I2 est commandé en fermeture en fonction de la puissance électrique à fournir au reste du réseau électrique, l'interrupteur Il étant ouvert, - en phase de charge du supercondensateur, l'interrupteur I2 est ouvert et l'interrupteur I lest fermé pour permettre le passage d'un courant de charge du reste du réseau vers le supercondensateur SC;
L'interrupteur Il est ouvert et donc la charge du supercondensateur est interrompue, lorsque l'une des deux conditions suivantes est réalisée - le réseau électrique est en dévers, c'est à dire quand la batterie B débite du courant pour compléter celui de l'alternateur A, - la charge du supercondensateur, mesurée par la tension à ses bornes atteint un seuil prédéterminé.With reference to FIG. 4, the operation of the device controlled according to the invention is as follows - when the vehicle engine is stopped, the switches Il and I2 are open, - during the discharge phase of the supercapacitor SC, the switch I2 is ordered to close depending on the electrical power to be supplied to the rest of the electrical network, the switch II being open, - in the supercapacitor charging phase, the switch I2 is open and the switch I ballast closed to allow passage a charging current from the rest of the network to the SC supercapacitor;
The switch It is open and therefore the charge of the supercapacitor is interrupted, when one of the following two conditions is met - the electrical network is on a slope, i.e. when the battery B delivers current to complete that of the 'alternator A, - the charge of the supercapacitor, measured by the voltage across its terminals, reaches a predetermined threshold.
L'avantage du dispositif selon l'invention réside donc dans le fait que la charge du supercondensateur s'effectue en prenant en compte l'état de charge de la batterie, ce qui permet d'assurer une bonne alimentation des charges électriques et d'éviter les cyclages profonds de la batterie qui diminue considérablement sa durée de vie.The advantage of the device according to the invention therefore lies in the fact that the charging of the supercapacitor is carried out by taking into account the state of charge of the battery, which makes it possible to ensure a good supply of electric charges and avoid deep cycling of the battery which considerably reduces its lifespan.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described and illustrated, which has been given only by way of example.
Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. On the contrary, the invention includes all the technical equivalents of the means described and their combinations if these are carried out according to the spirit.
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