FR2757806A1 - Battery-fed vehicle traction motor with capacitor boost - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF D'ALIMENTATION ELECTRIQUE D'UN MOTEUR
ELECTRIQUE DE VEHICULE
L'invention concerne les véhicules électriques, hybrides ou non, et plus particulièrement, un dispositif d'alimentation électrique du moteur électrique d'un tel véhicule.DEVICE FOR POWER SUPPLYING AN ENGINE
ELECTRICAL VEHICLE
The invention relates to electric vehicles, hybrids or not, and more particularly, a power supply device for the electric motor of such a vehicle.
Un véhicule électrique comprend principalement un moteur électrique qui entraîne en rotation les roues du véhicule, une source d'énergie électrique constituée habituellement par une batterie d'accumulateurs et un système électronique qui pilote un dispositif électronique de puissance réalisant l'alimentation électrique du moteur à partir de la source d'énergie électrique.An electric vehicle mainly comprises an electric motor which rotates the wheels of the vehicle, a source of electrical energy usually constituted by a storage battery and an electronic system which controls an electronic power device providing power to the motor. from the source of electrical energy.
Dans le cas d'un véhicule électrique pur, la batterie d'accumulateurs constitue la seule source d'énergie et de puissance du véhicule. Pour un véhicule hybride, la batterie d'accumulateurs est couplée avec une autre source d'énergie utilisant par exemple un moteur thermique.In the case of a pure electric vehicle, the accumulator battery is the only source of energy and power of the vehicle. For a hybrid vehicle, the storage battery is coupled with another energy source using for example a heat engine.
Qu'il s'agisse d'un véhicule électrique pur ou d'un véhicule hybride, la gestion et le dimensionnement de la source d'énergie à bord du véhicule par rapport aux performances demandées sont difficiles à maîtriser. En effet, pour les accumulateurs électriques, le rendement dépend principalement de la puissance demandée par rapport à la puissance spécifique définie par construction. Par ailleurs, l'énergie spécifique diminue fortement quand la puissance spécifique augmente et le prix de l'accumulateur augmente avec la puissance spécifique. Whether it is a pure electric vehicle or a hybrid vehicle, the management and sizing of the on-vehicle energy source in relation to the required performance is difficult to control. Indeed, for the electric accumulators, the efficiency depends mainly on the requested power with respect to the specific power defined by construction. On the other hand, the specific energy decreases sharply when the specific power increases and the price of the accumulator increases with the specific power.
Dans un véhicule électrique pur, la source d'énergie est définie par divers paramètres que sont sa masse, son volume, sa durée de vie, son prix, sa facilité d'entretien et surtout sa puissance spécifique et son énergie spécifique. De ces deux derniers termes vont en partie dépendre deux des principales caractéristiques du véhicule : l'autonomie et les performances en accélération et en récupération freinage.In a pure electric vehicle, the energy source is defined by various parameters such as its mass, its volume, its life, its price, its ease of maintenance and especially its specific power and specific energy. These last two terms will partly depend on two of the main characteristics of the vehicle: the range and performance in acceleration and braking recovery.
Pour augmenter l'autonomie, il faut une énergie spécifique élevée tandis qu'il faut une puissance spécifique élevée pour augmenter les performances en accélération, ce qui ne peut être obtenu par une même batterie d'accumulateurs.To increase the autonomy, it requires a high specific energy while it requires a high specific power to increase the performance in acceleration, which can not be obtained by the same battery.
Pour échapper à ce dilemme, il a été proposé d'utiliser, sur un même véhicule, un certain type d'accumulateur pour obtenir une grande énergie spécifique et un autre type d'accumulateur pour obtenir une grande puissance spécifique.To escape this dilemma, it has been proposed to use, on the same vehicle, a certain type of accumulator to obtain a high specific energy and another type of accumulator to obtain a high specific power.
Une telle dualité des accumulateurs sur un même véhicule est difficile à mettre en oeuvre, notamment en ce qui concerne leur charge.Such duality of the accumulators on the same vehicle is difficult to implement, especially as regards their load.
I1 a été proposé d'utiliser, selon différents montages, des "supercondensateurs" pour réaliser la source de puissance spécifique tout en gardant la batterie d'accumulateurs pour source d'énergie spécifique. De tels supercondensateurs sont par exemple décrits dans l'article intitulé "Improved Electric Vehicle
Performance with Pulsed Power Capacities" et publié dans SAE TECHNICAL PAPER SERIES NO 93.1010 en mars 1993 par Messieurs Anthony P. TRIPPE, Andrew F. BURKE et
Edward BLANK.It has been proposed to use, in different arrangements, "supercapacitors" to achieve the specific power source while keeping the accumulator battery for specific energy source. Such supercapacitors are for example described in the article entitled "Improved Electric Vehicle
Performance with Pulsed Power Capacities "and published in SAE TECHNICAL PAPER SERIES No. 93.1010 in March 1993 by Anthony P. TRIPPE, Andrew F. BURKE and
Edward BLANK.
Selon un premier montage, la batterie d'accumulateurs et les supercondensateurs sont connectés en parallèle direct sans aucun circuit d'interface entre les deux sources.According to a first arrangement, the accumulator battery and the supercapacitors are connected in direct parallel without any interface circuit between the two sources.
Dans un tel montage, la demande de puissance ou la récupération d'énergie en freinage sont partagées entre les deux sources selon leur différence de résistance interne et dans les meilleures conditions, seule la moitié de l'énergie stockée dans les supercondensateurs est accessible et ils ne sont jamais déchargés.In such an assembly, the demand for power or the braking energy recovery are shared between the two sources according to their difference in internal resistance and under the best conditions, only half of the energy stored in the supercapacitors is accessible and they are never unloaded.
Selon un deuxième montage, la batterie d'accumulateurs et les supercondensateurs sont connectés en parallèle indirect et un circuit interface gère soit les supercondensateurs (brevet US-A- 5 260 637) soit la batterie d'accumulateurs (brevet US-A-5 446 365).According to a second arrangement, the storage battery and the supercapacitors are connected in parallel indirectly and an interface circuit manages either the supercapacitors (US-A-5,260,637) or the storage battery (US-A-5,446 365).
Ce montage permet de récupérer 75 % de l'énergie stockée dans les supercondensateurs au prix d'un circuit interface qui doit supporter une puissance importante dans le cas où il gère les supercondensateurs qui fournissent la puissance.This assembly makes it possible to recover 75% of the energy stored in the supercapacitors at the cost of an interface circuit which must withstand a significant power in the case where it manages the supercapacitors that supply the power.
Un but de la présente invention est donc de réaliser un dispositif d'alimentation électrique d'un moteur électrique de véhicule du type à batterie d'accumulateurs et batterie de supercondensateurs qui permet une décharge complète des supercondensateurs et donc de bénéficier de toute l'énergie qui y est stockée.An object of the present invention is therefore to provide a power supply device for a battery-type electric vehicle motor and supercapacitor battery which allows complete discharge of the supercapacitors and therefore to benefit from all the energy which is stored there.
Un autre but de la présente invention est aussi de réaliser un tel dispositif d'alimentation électrique en mettant en oeuvre un circuit interface simple et ne consommant que peu de puissance.Another object of the present invention is also to provide such a power supply device by implementing a simple interface circuit and consuming only little power.
Encore un autre but de la présente invention est de réaliser un tel dispositif d'alimentation électrique qui permet de recharger les supercondensateurs.Yet another object of the present invention is to provide such a power supply device that can recharge the supercapacitors.
L'invention concerne donc un dispositif d'alimentation électrique d'un moteur électrique comprenant une batterie d'accumulateurs caractérisé en ce qu'il comprend, en outre - une batterie de supercondensateurs qui est connectée
en série avec ladite batterie d'accumulateurs, - des moyens pour déterminer le sens du courant T
circulant dans le dispositif d'alimentation
électrique et la valeur de la tension U aux bornes de
ladite batterie de supercondensateurs, et - des moyens de commutation pour alimenter le moteur
électrique soit avec une tension prise aux bornes de
la batterie d'accumulateurs, soit aux bornes de la
batterie d'accumulateurs et de la batterie de
supercondensateurs assemblées en série, en fonction
du sens du courant I et de la valeur de la tension U
aux bornes de la batterie de supercondensateurs.The invention therefore relates to a power supply device for an electric motor comprising a storage battery characterized in that it furthermore comprises a battery of supercapacitors which is connected.
in series with said accumulator battery - means for determining the direction of the current T
flowing in the feeder
electric and the value of the voltage U across
said battery of supercapacitors, and - switching means for supplying the motor
electric with either a voltage taken at the terminals of
the accumulator battery, either at the terminals of the
storage battery and battery
supercapacitors assembled in series, depending
the direction of the current I and the value of the voltage U
at the terminals of the battery of supercapacitors.
Les moyens de commutation comprennent - un commutateur à deux positions pour connecter dans
une première position (b) le moteur électrique à la
batterie d'accumulateurs et dans une deuxième
position (a) le moteur électrique à la batterie
d'accumulateurs et à la batterie de
supercondensateurs, - un circuit logique de commande dudit commutateur de
manière à
le mettre en position (b) dans le cas où les
supercondensateurs sont déchargés ou sont chargés à
leur valeur maximale Umax,
le mettre en position (a) dans les cas de freinage
récupératif, d'accélération si la tension U est
comprise entre zéro et la valeur maximale Umax.The switching means comprise - a two-position switch for connecting in
a first position (b) the electric motor at the
storage battery and in a second
position (a) the electric motor to the battery
of accumulators and battery of
supercapacitors, a logic circuit for controlling said
way to
put it in position (b) in the case where
supercapacitors are discharged or are charged to
their maximum value Umax,
put it in position (a) in the case of braking
recuperative, acceleration if the voltage U is
between zero and the maximum value Umax.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite avec le dessin joint dans lequel la figure unique est un schéma fonctionnel d'un dispositif d'alimentation électrique d'un moteur électrique de véhicule selon l'invention.The invention will be better understood on reading the following description of a particular embodiment, said description being made with the accompanying drawing in which the single figure is a block diagram of a power supply device of an engine. electric vehicle according to the invention.
Un véhicule électrique comprend une source d'énergie électrique 10 qui alimente un moteur électrique 12 par l'intermédiaire d'un circuit électronique de puissance 14 commandé par un circuit électronique de commande 16.An electric vehicle comprises an electric power source 10 which supplies an electric motor 12 via an electronic power circuit 14 controlled by an electronic control circuit 16.
Le moteur électrique 12 entraîne en rotation deux roues 18A et 18B du véhicule.The electric motor 12 rotates two wheels 18A and 18B of the vehicle.
Le moteur électrique 12 est un moteur réversible, c'est-à-dire qu'il absorbe de l'énergie électrique fournie par la source d'énergie 10 pendant les moments de traction ou propulsion et fournit de l'énergie électrique à la source d'énergie 10 pendant les moments de freinage.The electric motor 12 is a reversible motor, that is to say that it absorbs electrical energy supplied by the energy source 10 during the moments of traction or propulsion and supplies electrical energy to the source of energy 10 during the braking moments.
Les éléments 12, 14 et 16 sont parfaitement connus et ne seront pas décrits de manière plus détaillée.The elements 12, 14 and 16 are well known and will not be described in more detail.
Toutefois, il est rappelé que le circuit électronique de puissance 14 admet une tension maximale de fonctionnement et régule le courant de freinage récupératif de manière que la tension mesurée à ses bornes ne dépasse pas cette tension maximale.However, it is recalled that the electronic power circuit 14 has a maximum operating voltage and regulates the regenerative braking current so that the voltage measured at its terminals does not exceed this maximum voltage.
Selon l'invention, la source d'énergie électrique 10 comprend une batterie d'accumulateurs 20, de résistance interne Rb, dont une borne B, par exemple la borne négative, est connectée à une première borne de sortie du circuit électronique de puissance 14 et dont l'autre borne A est connectée à une borne d'une batterie de supercondensateurs 22, de résistance interne Rsc, qui est connectée en série avec la batterie d'accumulateurs 20. L'autre borne C des supercondensateurs 22 est connectée à la deuxième borne de sortie du circuit électronique de puissance 14 par l'intermédiaire d'un relais 24 en position (a) ou, plus généralement, un commutateur. Dans l'autre position (b) du relais 24, la deuxième borne de sortie du circuit électronique de puissance 14 est connectée au point commun A de la batterie d'accumulateurs 22 et des supercondensateurs 22.According to the invention, the electric power source 10 comprises a storage battery 20, of internal resistance Rb, of which a terminal B, for example the negative terminal, is connected to a first output terminal of the electronic power circuit 14 and whose other terminal A is connected to a terminal of a supercapacitor battery 22, of internal resistance Rsc, which is connected in series with the accumulator battery 20. The other terminal C of the supercapacitors 22 is connected to the second output terminal of the power electronic circuit 14 via a relay 24 in position (a) or, more generally, a switch. In the other position (b) of the relay 24, the second output terminal of the power electronic circuit 14 is connected to the common point A of the accumulator battery 22 and the supercapacitors 22.
Les deux positions (a) et (b) du relais 24 sont obtenues par un enroulement 26 alimenté par un circuit logique de commande 28. Ce circuit logique 28 détermine les deux états (a) et (b) du relais 24 en fonction de la tension U aux bornes de la batterie de supercondensateurs 22 et du sens du courant I (circuit 36) traversant la batterie d'accumulateurs 20. A titre indicatif, I est noté positif s'il sort par le pôle positif de la batterie d'accumulateurs.The two positions (a) and (b) of the relay 24 are obtained by a winding 26 supplied by a logic control circuit 28. This logic circuit 28 determines the two states (a) and (b) of the relay 24 as a function of the voltage U across the battery of supercapacitors 22 and the direction of current I (circuit 36) passing through the storage battery 20. As an indication, I is rated positive if it leaves the positive pole of the storage battery .
Le circuit 36 est connecté de manière à mesurer les courants circulant dans l'ensemble 10, y compris le courant de recharge Ich de la batterie de supercondensateurs 22, par exemple entre le point B et une borne de sortie du circuit électronique de puissance 14.The circuit 36 is connected to measure the currents flowing in the assembly 10, including the charging current Ich of the supercapacitor battery 22, for example between the point B and an output terminal of the electronic power circuit 14.
Des diodes 30 et 32 sont branchées aux bornes des contacts du relais 24 ; l'une 30 a son anode qui est connectée à la deuxième borne de sortie du circuit électronique de puissance et sa cathode connectée à la borne C des supercondensateurs 22 ; l'autre diode 32 a sa cathode qui est connectée à la deuxième borne de sortie du circuit électronique de puissance 14 et son anode connectée au point A.Diodes 30 and 32 are connected across the contacts of relay 24; one 30 to its anode which is connected to the second output terminal of the electronic power circuit and its cathode connected to the terminal C of the supercapacitors 22; the other diode 32 has its cathode which is connected to the second output terminal of the power electronic circuit 14 and its anode connected to the point A.
La batterie d'accumulateurs 20 est chargée par un dispositif de charge (38) qui est connecté aux points A et B par l'intermédiaire des conducteurs 40 et 42 qui aboutissent à deux bornes d'entrée 44 et 46 du dispositif d'alimentation 10. Ce dispositif de charge 38 est un chargeur embarqué sur le véhicule ou externe à ce dernier et il est prévu pour être connecté à un circuit d'alimentation électrique, par exemple le réseau électrique alternatif.The storage battery 20 is charged by a charging device (38) which is connected to the points A and B via the leads 40 and 42 which end at two input terminals 44 and 46 of the supply device 10 This charging device 38 is a charger on board or external to the vehicle and it is intended to be connected to a power supply circuit, for example the alternating electric network.
Selon l'invention, un dispositif de charge 34 de la batterie de supercondensateurs 22 est connecté entre les points A, B et C de manière à fournir le courant de charge Ich.According to the invention, a charging device 34 of the supercapacitor battery 22 is connected between the points A, B and C so as to supply the charging current Ich.
Le circuit logique 28 réalise les fonctions suivantes selon les valeurs de la tension U et du sens du courant
I.The logic circuit 28 performs the following functions according to the values of the voltage U and the direction of the current
I.
- Relais en position (b)
si U S 0 et I > 0, c'est-à-dire dans le cas où les
supercondensateurs sont déchargés après une demande
de puissance au dispositif d'alimentation 10,
ou si U > Umax et I < 0, c'est-à-dire dans le cas où
les supercondensateurs sont chargés après une
fourniture de puissance au dispositif d'alimentation
électrique 10.- Relay in position (b)
if US 0 and I> 0, that is, in the case where the
supercapacitors are discharged after a request
of power to the feeder 10,
or if U> Umax and I <0, that is, in the case where
supercapacitors are charged after a
supply of power to the feeding device
Electric 10.
Cette dernière partie de la fonction ne doit pas être atteinte pour un courant I différent de zéro car cette condition entraînerait une variation trop rapide aux bornes du circuit électronique de puissance 14.This last part of the function must not be reached for a current I other than zero because this condition would cause a too fast variation across the power electronic circuit 14.
- Relais en position (a)
si O < U < Umax, quel que soit le sens du courant I,
ou si U < 0 et I < 0, dans le cas d'une fourniture de
puissance au dispositif d'alimentation électrique 10,
ou encore si U > Umax et I > 0, dans le cas d'une
demande de puissance au dispositif d'alimentation
électrique 10.- Relay in position (a)
if O <U <Umax, whatever the direction of current I,
or if U <0 and I <0, in the case of a supply of
power to the power supply device 10,
or if U> Umax and I> 0, in the case of a
power demand to the power device
Electric 10.
En général, l'énergie en freinage n'est pas suffisante pour recharger les supercondensateurs à leur valeur maximale et ainsi obtenir une bonne efficacité du dispositif. Aussi, selon l'invention, un circuit de charge 34 des supercondensateurs est connecté entre les points B et C pour que la batterie d'accumulateurs 20 fournisse le courant de charge Ich des supercondensateurs 22. Ce circuit de charge est du type convertisseur Continu/Continu et fournit le courant Ich dont la valeur est déterminée par les caractéristiques des supercondensateurs 22.In general, the braking energy is not sufficient to recharge the supercapacitors to their maximum value and thus obtain a good efficiency of the device. Also, according to the invention, a charging circuit 34 of the supercapacitors is connected between the points B and C so that the storage battery 20 provides the charge current Ich of the supercapacitors 22. This charging circuit is of the converter type Continuous / Continuous and supplies the current Ich whose value is determined by the characteristics of the supercapacitors 22.
Le circuit de charge 34 est commandé de la façon suivante - si 0 < U < Umax et I = 0, alors Ich est différent de
zéro, sinon Ich = 0.The charging circuit 34 is controlled as follows - if 0 <U <Umax and I = 0, then Ich is different from
zero, otherwise Ich = 0.
I = 0 signifie que I est suffisamment faible pour ne
plus pouvoir être considéré comme un courant de
traction ou de freinage.I = 0 means that I is weak enough to not
more can be considered a current of
traction or braking.
Les diodes 30 et 32 ont pour but d'écouler les surintensités au moment de la commutation du contact du relais.The diodes 30 and 32 are intended to discharge the overcurrents at the time of switching the contact relay.
Le branchement du système de recharge 38 du véhicule par un chargeur embarqué ou externe se fait directement sur la batterie d'accumulateurs des bornes 44, 46, des conducteurs 40 et 42 et par l'intermédiaire du circuit 36.The connection of the charging system 38 of the vehicle by an on-board or external charger is done directly on the storage battery of the terminals 44, 46, of the conductors 40 and 42 and through the circuit 36.
Les avantages du dispositif d'alimentation électrique qui vient d'être décrit sont les suivants - une utilisation de la totalité de la plage de tension
des supercondensateurs et donc de toute l'énergie
qu'ils contiennent - une mise en oeuvre d'un circuit logique de commande
28 qui est très simple à réaliser - des suppléments de masse et de volume correspondant
essentiellement à ceux des supercondensateurs - une grande souplesse dans le dimensionnement des
supercondensateurs en ce qui concerne le choix de
leur tension totale et leur capacité - un meilleur rendement du dispositif car il n'y a pas
de circuit interface de puissance, et - pas de variation brutale de la tension aux bornes de
l'ensemble du dispositif d'alimentation
électrique 10. The advantages of the power supply device which has just been described are as follows - a use of the entire voltage range
supercapacitors and therefore all the energy
they contain - an implementation of a control logic
28 which is very simple to perform - supplements of mass and corresponding volume
essentially to those of supercapacitors - great flexibility in the design of
supercapacitors with regard to the choice of
their total voltage and their capacity - a better performance of the device because there is no
power interface circuit, and - no sudden change in voltage across
the entire feeding device
Electric 10.
Claims (3)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR9616058A FR2757806B1 (en) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | ELECTRIC POWER SUPPLY DEVICE FOR A VEHICLE ELECTRIC MOTOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9616058A FR2757806B1 (en) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | ELECTRIC POWER SUPPLY DEVICE FOR A VEHICLE ELECTRIC MOTOR |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR2757806A1 true FR2757806A1 (en) | 1998-07-03 |
| FR2757806B1 FR2757806B1 (en) | 1999-02-05 |
Family
ID=9499171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9616058A Expired - Fee Related FR2757806B1 (en) | 1996-12-26 | 1996-12-26 | ELECTRIC POWER SUPPLY DEVICE FOR A VEHICLE ELECTRIC MOTOR |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| FR (1) | FR2757806B1 (en) |
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