FR2893770A1 - Dispositif de gestion d'alimentation d'un reseau de consommateurs pour vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une unité de commutation pour dispositif de gestion d'alimentation d'un réseau de consommateurs pour véhicule automobile, ledit dispositif de gestion comprenant :- un réseau principal (Rp),- un élément de stockage d'énergie principal (Bp) destiné à alimenter ledit réseau principal (Rp),- un réseau secondaire (Rs),- un élément de stockage d'énergie secondaire (Bp) destiné à alimenter ledit réseau secondaire (Rp).Elle se caractérise en ce qu'elle est destinée à relier électriquement le réseau secondaire (Rs) avec l'élément de stockage d'énergie secondaire (Ucap) lorsque le véhicule est dans un mode de stationnement, et en ce que ledit élément de stockage d'énergie secondaire (Ucap) est un super condensateur (Ucap).
Description
1 DISPOSITIF DE GESTION D'ALIMENTATION D'UN RESEAU DE CONSOMMATEURS POUR
VEHICULE AUTOMOBILE
Domaine de l'invention
La présente invention concerne une unité de commutation pour un dispositif de gestion d'alimentation d'un réseau de consommateurs pour véhicule automobile et un procédé associé. Parmi les divers équipements électriques d'un véhicule automobile, on peut distinguer ceux qui sont insensibles aux variations de tension sur le réseau de consommateurs comme les charges résistives comme les sièges chauffants etc de ceux qui sont davantage sensibles auxdites variations de tension tels que les accessoires audio, les lève-vitres électriques, les lecteurs CD/DVD, les systèmes GPS etc. ~o Les premiers équipements forment le réseau dit principal tandis que les seconds forment le réseau dit secondaire. De manière classique, l'ensemble de ces équipements est alimenté par la batterie du véhicule. Cependant, certains équipements du réseau secondaire présentent la particularité d'être sensibles aux chutes de tension qui peuvent se produire à chaque fois que la batterie est 15 fortement sollicitée, par exemple lors du démarrage ou redémarrage du moteur thermique, notamment dans le cadre d'un système d'arrêt/démarrage automatiques couramment appelé Stop and Go . Pour remédier à cette situation, une batterie secondaire peut être adjointe à la batterie principale de manière à maintenir en toutes circonstances la tension des accessoires du 20 réseau secondaire à leur tension nominale de fonctionnement.
Etat de la technique
Une architecture connue d'un dispositif de gestion de l'alimentation d'un 25 réseau principal R1 et d'un réseau secondaire R2 est représentée sur le schéma de la Fig. 1. Une batterie principale BAT1, ou élément de stockage principal, est reliée à une batterie secondaire BAT2, ou élément de stockage secondaire, et à un réseau secondaire R2 par une unité de commutation comprenant une diode D et un interrupteur T permettant de connecter ou 30 déconnecter la batterie secondaire BAT2 de l'alimentation fournie par la
2 batterie principale BAT1 via la diode D. Les deux batteries principale et secondaire sont des batteries au plomb étanches classiques type VLRA ( Valve Regulated Lead Acid Battery ). Lorsque le véhicule est sous tension, l'interrupteur T est fermé. Le réseau secondaire R2 est alors alimenté par la batterie principale BAT1 et par la batterie secondaire BAT2, cette dernière venant compenser les éventuelles chutes de la tension fournie par la première. Lors d'un démarrage, lorsque la tension en amont de la diode D est inférieure à celle de la batterie secondaire BAT2, la diode est bloquée et le ~o réseau secondaire est uniquement alimenté par la batterie secondaire BAT2. Ce montage permet donc d'éviter une chute de la tension au réseau secondaire et une éventuelle décharge de la batterie secondaire vers le réseau principal lorsque la batterie principale BAT1 est fortement sollicitée. Lorsque le véhicule est à l'arrêt, contact coupé, l'interrupteur T est ouvert 1s sinon la batterie principale BAT1 risque de se décharger dans la batterie secondaire BAT2. Le réseau secondaire R2 est alors alimenté par la seule batterie principale BAT1. La diode D permet le passage du courant uniquement de la batterie principale vers le réseau secondaire. Ce dispositif connu présente toutefois certains inconvénients. En 20 particulier, dans le cas d'une maintenance de la batterie principale ou d'un accident véhicule, ceci est gênant car les consommateurs du réseau secondaire ne seront plus alimentés tels que par exemple les air bags.
Objet de l'invention 25 C'est précisément un objet de la présente invention de proposer une unité de commutation qui permettrait notamment de pouvoir disposer d'une deuxième source d'énergie opérationnelle, même à l'arrêt du véhicule, afin de suppléer la batterie principale en cas de défaillance ou encore de maintenance, 30 et de proposer un procédé de gestion d'alimentation d'un réseau de consommateurs associé.
Une solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que l'une unité de commutation qui est destinée à relier 35 électriquement le réseau secondaire avec l'élément de stockage d'énergie
3 secondaire lorsque le véhicule est dans un mode de stationnement, et en ce que l'élément de stockage d'énergie secondaire est un super condensateur.
Ainsi, on comprend que, même si l'élément de stockage principal, une batterie par exemple, n'est plus en mesure de fournir la tension attendue, le réseau secondaire reste néanmoins alimenté par le super condensateur, ceci pendant toute la durée de la chute de la tension de la batterie principale et dans la limite de l'énergie stockée dans le super condensateur. Il faut remarquer que cette fonction est rendue possible par l'utilisation d'un super io condensateur qui peut être déchargé complètement sans subir de dégradation, contrairement à une batterie au plomb qui ne peut résister aux décharges et doit donc être systématiquement déconnectée de tout consommateur à l'arrêt.
Selon des modes de réalisations non limitatifs, le dispositif selon 15 l'invention présente les caractéristiques supplémentaires suivantes. • L'unité de commutation est destinée en outre à relier électriquement le réseau secondaire avec l'élément de stockage d'énergie secondaire lorsque le véhicule fonctionne dans un mode générateur ou moteur. • L'unité de commutation est destinée en outre est destinée en outre à 20 relier électriquement le réseau secondaire avec l'élément de stockage d'énergie secondaire lorsque le véhicule fonctionne dans un mode d'arrêt/redémarrage automatique. • L'unité de commutation comporte en outre des moyens de précharge de l'élément de stockage d'énergie secondaire. 25 • Les moyens de précharge comprennent : - une diode, et - une résistance de pré-charge. • L'unité de commutation comprend en outre des moyens de protection du réseau secondaire lorsqu'il existe un court-circuit sur ledit réseau. 30 • L'unité de commutation comprend en outre un premier circuit d'isolement destiné à isoler l'élément de stockage secondaire vis-à-vis de l'élément de stockage principal. 20 25
4 • Le premier circuit d'isolement comprend un premier interrupteur. • L'unité de commutation comprend en outre un deuxième circuit d'isolement apte à isoler l'élément de stockage principal vis-à-vis de l'élément de stockage secondaire. • Le deuxième circuit d'isolement comprend un deuxième interrupteur. • Le premier circuit d'isolement est placé en série avec le deuxième circuit d'isolement. • Selon une première variante, un interrupteur est un interrupteur unidirectionnel. to Selon une deuxième variante, un interrupteur est un interrupteur électronique. • L'unité de commutation comporte en outre des troisièmes moyens d'isolement de l'élément de stockage principal vis-à-vis de l'élément de stockage secondaire. 15 • Un interrupteur est commandé en limiteur de courant. • Un interrupteur fonctionne en diode parfaite. On évite de cette manière la chute de tension due aux diodes classiques. Le fait de diminuer cette tension de diode permet : de mieux charger (à plus haute tension) la batterie secondaire. Ainsi, on optimise la fonction de protection contre la chute de tension, et on optimise également la durée de vie de la batterie secondaire (si la batterie est au plomb ou autre composant sensible au cyclage profond qui correspond à un état de charge inférieur à 80%). de dissiper moins d'énergie (pertes joules = tension diodes* courant). Ainsi, on améliore le rendement énergétique de l'ensemble du système (réseau principal, réseau secondaire) et on diminue les contraintes thermiques sur les composants. 10 Selon un second objet de l'invention, le procédé comporte une étape de relier électriquement le réseau secondaire avec l'élément de stockage d'énergie secondaire lorsque le véhicule est dans un mode de stationnement, et en ce que l'élément de stockage d'énergie secondaire est un super 5 condensateur.
L'invention concerne également un dispositif de gestion d'alimentation d'un réseau de consommateurs pour véhicule automobile comprenant une unité de commutation selon le premier objet. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre sur quoi porte l'invention et comment elle peut être réalisée.
15 Brève description des figures
La Fig. 2 est un schéma d'un premier mode de réalisation d'une unité de commutation conforme à l'invention, La Fig. 3 est un schéma d'un deuxième mode de réalisation d'une unité 20 de commutation conforme à l'invention, La Fig. 4 est un schéma d'un troisième mode de réalisation d'une unité de commutation conforme à l'invention, La Fig. 5 est une courbe représentative d'une charge/décharge d'un super condensateur et d'une tension d'une batterie principale, les tensions 25 étant utilisées dans les modes de réalisation précédents.
Description détaillée de modes de réalisation préférentiels de l'invention
Sur la Fig. 2 est représenté un premier mode de réalisation non 30 limitatif d'un dispositif de gestion d'alimentation d'un réseau de consommateurs pour un véhicule automobile comprenant : un réseau principal Rp incluant notamment les équipements nécessaires au démarrage du moteur thermique, et connecté à la machine électrique tournante ALT du véhicule, ici dans 35 l'exemple un alterno-démarreur,
6 un réseau secondaire Rs comprenant principalement des accessoires, comme un autoradio, une horloge, etc., un élément de stockage principal Bp directement connectée au réseau principal Rp, un élément de stockage secondaire, à savoir ici un super condensateur Ucap, destiné à alimenter le réseau secondaire Rs, une unité 10 de commutation disposée entre la batterie principale Bp, le super condensateur Ucap et le réseau secondaire Rs,
On notera qu'un super condensateur est également appelé ultracapacité ou EDLC ( Electric Double Layer Capacitor ).
Par ailleurs, le dispositif de gestion d'alimentation comporte également 15 un fusible F qui permet de protéger les réseau secondaire Rs s'il existe un court-circuit sur ledit réseau qui entraîne le passage d'un trop fort courant.
Dans ce mode de réalisation, l'unité 10 de commutation est disposée entre la batterie principale Bp, le super condensateur Ucap et le réseau 20 secondaire R. Ladite unité 10 comprend : Une première et une deuxième diodes D1, D2 dont les cathodes sont reliées entre elles, lesdites diodes étant des interrupteurs unidirectionnels, 25 un interrupteur mécanique K en parallèle avec la première et deuxième diodes D1, D2, une diode Do et une résistance de précharge Rpfé en série avec l'interrupteur K.
30 Pour l'ensemble de la description, les références suivantes sont utilisées. _ Clef de Clef de Clef de contact en contact en contact en _position : position : : _position Mode de +ACC +APC (après +DEM fonctionnement (accessoire) contact) 10 du véhicule : Mode de OFF OFF OFF stationnement = 2L arkin Mode mise sous ON OFF OFF tension Mode arrêt ON ON OFF automatique (système stop&go) Mode démarrage ON ON OFF automatique (système stop&go) Mode générateur ON ON OFF Démarrage ON ON ON Mode moteur ON ON OFF On notera que : La position de la clef en + ACC ON correspond notamment à une alimentation de certains accessoires tels que l'autoradio ou 5 encore l'allume cigare dans certains cas, La position de la clef en +APC ON correspond notamment à une alimentation de l'ensemble du réseau de bord y compris les autres accessoires et les calculateurs du véhicule tel que le contrôle moteur. io On notera que pour arriver dans un mode stop du système stop&go, il faut être passé par une position + DEM au préalable pour démarrer le moteur thermique.
Le dispositif ainsi illustré fonctionne de la manière suivante. 15 • Lorsque le véhicule est à l'arrêt, en mode dit de stationnement ou encore dit parking i.e. contact coupé (réseau principal hors tension et moteur thermique arrêté), l'interrupteur K est ouvert. Le réseau secondaire Rs est alimenté par la tension la plus élevée fournie par la batterie principale Bp et le super condensateur Ucap via respectivement les diodes D1 et D2. 20 On peut constater que, si la tension fournie par la batterie principale Bp chute à l'arrêt, le réseau secondaire Rs reste toujours alimenté par le super condensateur Ucap, ce qui peut se produire en cas de déconnexion de la batterie principale Bp pour maintenance par exemple. Ainsi, l'interrupteur K permet d'isoler l'élément de stockage principal Bp vis-à-vis de l'élément de 25 stockage secondaire Ucap, notamment lorsque l'élément de stockage
8 secondaire est en court-circuit. Cela évite que la batterie principale Bp se décharge dans le super condensateur Ucap. • Dès une mise sous tension (clef de contact en position +ACC ON) et donc en mode moteur, l'interrupteur K est amené en position fermé. Dans ce cas, la batterie Bp alimente le super condensateur Ucap par l'intermédiaire de la diode Do et la résistance de précharge Rpré, laquelle limite le courant de charge notamment lors de la première connexion. Le réseau secondaire Rs est alimenté par la tension la plus élevée fournie par la batterie principale Bp et le super condensateur Ucap via les diodes D, et D2. La Fig. 5 ~o illustre la tension Up de la batterie principale Bp et la tension Uc du super condensateur Ucap. On peut voir les périodes de charge et décharge du super condensateur. Par ailleurs, on peut voir que pendant les périodes t1 et t3, le réseau secondaire Rs est alimenté par la batterie principale Bp, tandis que pendant les périodes t2 et t3 le réseau secondaire Rs est alimenté par le super 15 condensateur Ucap.
• En mode générateur, c'est-à-dire lorsque le moteur tourne, l'interrupteur K est toujours fermé. Le super condensateur Ucap est directement connecté à la batterie principale Bp et se charge. Quand les tensions Up, Uc 20 respectivement aux bornes de la batterie principale Bp et aux bornes du réseau secondaire Rs sont égales, le super condensateur est chargé et continue de filtrer les ondulations de tension sur le réseau secondaire. • En cas d'arrêt du moteur et de démarrage automatique en mode Stop and Go , l'interrupteur K est toujours fermé. Le réseau 25 secondaire Rs est alimenté par la tension la plus élevée fournie par la batterie principale Bp et le super condensateur Ucap tel qu'illustré sur la Fig. 5 comme vu précédemment. On notera que la diode Do ainsi que la première diode D, permettent d'assurer la fonction de protection contre les chutes de tension. On évite la 30 décharge du super condensateur dans la batterie principale Bp lorsque cette dernière est hors service par exemple ou déconnectée pour maintenance. Par ailleurs la deuxième diode D2 évite à la batterie principale Bp de se décharger dans la super capacité Ucap si par exemple le super condensateur est en court-circuit. 35
9 En conclusion, avec ce dispositif, il n'y a aucun risque lié à une sous charge sauf si la batterie principale et le super condensateur sont tous les deux déchargés.
La Fig. 3 illustre un deuxième mode de réalisation non limitatif dans lequel l'unité de commutation 10 est également disposée entre la batterie principale Bp, le super condensateur Ucap et le réseau secondaire Rs. Ladite unité 10 comprend : un premier circuit d'isolement comprenant une première diode to D1 et un interrupteur électronique M1 ; ce premier circuit d'isolement permet notamment d'isoler le super condensateur Ucap vis-à-vis de l'élément de stockage principal Bp ; un deuxième circuit d'isolement comprenant une deuxième diode D2 et un interrupteur électronique M2, les deux diodes D1 15 et D2 étant reliées par leur cathode. Le premier et deuxième circuits d'isolement sont par exemple des transistors MOSFET dont les drains sont reliés ; ce deuxième circuit d'isolement permet notamment d'isoler l'élément de stockage principal Bp vis-à-vis du super condensateur Ucap ; ce deuxième circuit 20 d'isolement est associé en série au premier circuit d'isolement ; Un fusible F, le réseau secondaire Rs étant alimenté à travers ce fusible F au niveau du point milieu entre les deux circuits d'isolement, une diode Do et une résistance de précharge Rpre en parallèle 25 avec les premier et deuxième circuits d'isolement. La résistance de précharge Rpfe permet de charger le super condensateur Ucap (ce qui permet de limiter le courant qui traverse les transistors MOSFET au démarrage de l'ordre de 30A au lieu de 80A), tandis que la diode Do permet d'assurer la fonction de 30 protection contre les chutes de tension ; on évite la décharge du super condensateur dans la batterie principale Bp lorsque cette dernière est hors service par exemple et surtout pendant le démarrage, le démarrage faisant partie du mode moteur.
10 Un des avantages du dispositif de la Fig. 3 est d'utiliser des interrupteurs M1, M2 électroniques, réalisés par exemple par des transistors MOS sur une carte électronique, au lieu d'interrupteurs mécaniques. Cela permet notamment d'avoir une durée de vie des interrupteurs supérieure (au moins un facteur 10).
Le dispositif de la Fig. 3 fonctionne de la manière suivante. • A l'arrêt, en mode dit parking i.e. contact coupé, les interrupteurs M1 et M2 sont ouverts. Le réseau secondaire Rs est alimenté par la batterie principale Bp (à la chute de tension de la première diode D1 près, en ~o général 0,7V pour une diode classique) et par le super condensateur Ucap (à la chute de tension de la deuxième diode D2 près) respectivement via la première diode D1 et via la deuxième diode D2 et plus particulièrement par l'élément qui a la tension la plus élevée tel qu'illustré sur la Fig. 5 comme vu précédemment. On notera que lorsque le super condensateur n'est pas chargé, la 15 batterie principale Bp alimente le super condensateur Ucap par le biais de la résistance de précharge Rpfe. On a alors Uc<Up-VD0. Par ailleurs, en cas de chute de la tension Up de la batterie principale Bp à l'arrêt, par exemple s'il existe un court-circuit sur le réseau principal Rp ou en cas de déconnexion de la batterie principale pour maintenance, le réseau 20 secondaire Rs est toujours alimenté par le super condensateur Ucap. Par ailleurs, ce dernier ne se décharge pas dans le réseau principal Rp grâce à la première diode D1 et à la diode Do.
• Dès une mise sous tension (clef de contact en position +ACC) et 25 donc en mode moteur, les interrupteurs M1 et M2 sont maintenus respectivement ouvert et fermé. Le réseau secondaire Rs est alimenté par la batterie principale Bp (à la chute de tension de la première diode D1 près, en général 0,7V pour une diode classique) et par le super condensateur Ucap respectivement via la première diode D1 et via le deuxième interrupteur M2 et 30 plus particulièrement par l'élément qui a la tension la plus élevée comme vu précédemment. Dans ce cas, on peut voir que la chute de tension de la deuxième diode D2 n'entre plus en compte dans l'alimentation par le super condensateur Ucap. Ainsi, ladite alimentation est plus efficace. Dans ce cas, une chute de tension Up peut intervenir s'il y a mise en route d'un 35 gros consommateur, par exemple la direction assistée ou la climatisation, et
11 bien entendu au démarrage sans qu'il y ait une décharge du super condensateur Ucap dans le réseau principal Rp et ce grâce à la première diode D1 et la diode Do. Dans ce cas, le réseau secondaire est toujours alimenté par le super condensateur Ucap via le deuxième transistor M2. • En mode générateur, moteur tournant, les interrupteurs M1 et M2 sont fermés. Le super condensateur Ucap est directement connecté au réseau principal Rp via les interrupteurs M1 et M2 et se charge au moyen de la batterie principale Bp. Lorsqu'il est chargé, le super condensateur Ucap continue de filtrer les ondulations de tension dans le réseau secondaire Rs. Le réseau secondaire Rs est lui alimenté par la tension la plus élevée fournie par la batterie principale Bp ou le super condensateur Ucap comme vu précédemment. II n'est plus alimenté au travers des diodes d'isolement D1 et D2 des interrupteurs MOS, la chute de tension liée à ces diodes n'intervient donc plus contrairement au cas 15 du véhicule à l'arrêt. Ainsi, on a moins de pertes joules qu'avec les diodes. • Lors d'un arrêt automatique puis un démarrage automatique en mode Stop & Go , dès la fin du mode générateur, les interrupteurs M1 et M2 sont respectivement ouvert et fermé. Le réseau secondaire RS est alimenté à la fois par la batterie principale et par le super condensateur. On revient dans le 20 même mode de fonctionnement que lors d'une mise sous tension.
On notera qu'un problème de ce deuxième mode de réalisation est qu'à l'arrêt si un court-circuit se produisait au niveau du super condensateur Ucap, la batterie principale Bp qui à l'arrêt est toujours connectée au super condensateur 25 se déchargerait rapidement dans le réseau secondaire Rs via la diode Do. En conséquence, le réseau secondaire Rs cesserait rapidement d'être alimenté.
La Fig. 4 illustre un troisième mode de réalisation non limitatif qui reprend pour l'unité de commutation 10 la même architecture que le troisième 30 mode de réalisation sans la diode Do ni la résistance de pré-charge Rpfe. Un avantage de ce dispositif est que, à l'arrêt, la batterie principale Bp se trouve isolée vis-à-vis du super condensateur Ucap, ce qui évite toute décharge de la batterie si le super condensateur Ucap entrait en court-circuit. 35 Le dispositif de la Fig. 4 fonctionne de la manière suivante.
12 • A l'arrêt, en mode dit parking i.e. contact coupé, les interrupteurs M1 et M2 sont ouverts. Le réseau secondaire Rs est alimenté par la tension la plus élevée fournie par la batterie principale Bp (à la chute de tension aux bornes de la première diode D1 près) et le super condensateur Ucap (à la chute de tension aux bornes de la deuxième diode D2 près) via respectivement la première diode D1 et la deuxième diode D2 tel qu'illustré sur la Fig. 5 comme vu précédemment. Comme précédemment, en cas de chute de la tension Up, le réseau secondaire Rs est toujours alimenté par le super condensateur Ucap. Toutefois, to ce dernier ne se décharge pas dans le réseau principal Rp grâce à la diode D1, de même que la batterie principale Bp ne peut se décharger dans le réseau secondaire grâce à la diode D2 si un court-circuit se produisait au niveau du super condensateur Ucap. 5 13 Le tableau ci-après récapitule l'alimentation du réseau secondaire Rs selon les différents cas de figures (tension Up inférieure à US, ou inversement, ...) lorsque le véhicule est à l'arrêt (K1, K2 ouverts). Cas de figure alimentation de Rs Up < Us par Ucap Up > US par Bp Bp en court-circuit par Ucap ou déconnectée Ucap fonctionnelle Ucap en court-circuit par Bp ou déconnectée Bp fonctionnelle Rs en court-circuit casse du fusible F et isolation de Rs Bp et Ucap restent disponibles Rs déconnecté Aucune • Dès une mise sous tension (clef de contact tournée, i.e. en position +ACC ON) et donc en mode moteur, l'interrupteur M1 reste ouvert et l'interrupteur M2 est fermé. Le réseau secondaire Rs est alimenté par la tension to la plus élevée fournie par la batterie principale Bp (à la chute de tension aux bornes de la première diode D1 près, en général 0,7V pour une diode d'isolement classique) et le super condensateur Ucap respectivement via la première diode D1 et via l'interrupteur M2 tel qu'illustré sur la Fig. 5. Si la tension fournie par la batterie principale Bp est supérieure à celle du super 15 condensateur Ucap, ce dernier se charge à travers l'interrupteur M2 et la première diode d'isolement D1. En cas de chute de la tension aux bornes de la batterie principale Bp, par exemple lors d'un démarrage, la décharge du super condensateur dans le réseau principal Rp est évitée grâce à la première diode d'isolement D1. 20 On notera que la fermeture de l'interrupteur M2 est contrôlée pour assurer la précharge. Ainsi, dans un mode de réalisation préférentiel non limitatif, pendant la mise sous tension, le deuxième interrupteur électronique M2 peut être commandé en limiteur de courant de charge en contrôlant son 25 ouverture, de manière à charger progressivement le super condensateur Ucap.
14 Ceci évite d'avoir un fort courant d'appel (80A en général ou plus selon le super condensateur) qui risque de dégrader voire détruire ledit stockeur Ucap lors de sa première connexion quand il est complètement déchargé. On limite ainsi le courant de charge du super condensateur.
Ainsi, si le courant à travers M2 (mesuré par la tension aux bornes du transistor MOS) est supérieur à une valeur maximale prédéfinie Imax qui correspond au courant maximum consommé par le réseau secondaire Rs, par exemple 30A, l'interrupteur M2 est ouvert jusqu'à ce que le courant s'annule puis refermé, ceci pendant une durée déterminée, par exemple pendant 2 secondes, durée amplement suffisante pour charger le super condensateur. Si la valeur du courant reste toujours supérieure à cette valeur maximale de 30A après cette durée, l'interrupteur M2 est maintenu ouvert et un défaut est diagnostiqué, probablement dû à un court-circuit dans le super condensateur Ucap. Cette commande en limitation de courant est préférentiellement tout le temps active dès que le réseau est sous tension.
• En mode générateur, moteur tournant, les interrupteurs M1 et M2 sont fermés. Le super condensateur Ucap est directement connecté au réseau principal Rp via ses interrupteurs et se charge au moyen de la batterie principale Bp. Lorsqu'il est chargé, le super condensateur continue de filtrer les ondulations de tension dans le réseau secondaire Rs. Le réseau secondaire Rs est lui alimenté par la tension la plus élevée fournie par la batterie principale Bp ou le super condensateur Ucap tel qu'illustré sur la Fig. 5. Il n'est plus alimenté au travers des diodes d'isolement D1 et D2 des interrupteurs MOS, la chute de tension liée à ces diodes n'intervient donc plus contrairement au cas du véhicule à l'arrêt. On notera qu'on peut également appliquer la commande en limitation de courant au deuxième interrupteur M2. L'intérêt de le faire pendant la période de roulage est de diagnostiquer un court-circuit sur le super condensateur Ucap. En effet, lors d'un court-circuit, il existe un fort courant, à ce moment la commande en limitation de courant intervient. Comme au bout de deux secondes, le courant est toujours trop fort, l'interrupteur M2 est maintenu ouvert et le défaut est diagnostiqué comme vu précédemment.35
15 • Lors d'un arrêt automatique puis un démarrage automatique (système Stop & Go ), dès la fin du mode générateur, les interrupteurs M1 et M2 sont respectivement ouvert et fermé (M2 est toujours fermé quand il n'y a pas un fort courant détecté). Le réseau secondaire Rs est alimenté à la fois par la batterie principale Bp et par le super condensateur Ucap via respectivement la première diode d'isolement D1 et le deuxième interrupteur M2.
Dans un mode de réalisation préférentiel non limitatif, le premier circuit d'isolement fonctionne en diode parfaite. De façon schématique sur la Fig. 4, la diode D1 et l'interrupteur M1 du premier circuit d'isolement de l'unité de commutation 10 sont remplacée par une diode dite parfaite présentant une chute de tension très faible, de l'ordre de 0,01 V. Une telle diode peut être réalisée par un transistor MOS piloté en diodeparfaite. L'avantage est que la chute de tension due à la diode d'isolement D1 est évitée, d'où moins de pertes 15 en ligne pour alimenter le réseau secondaire Rs ou charger le super condensateur Ucap. Le filtrage par le super condensateur des ondulations de tension est beaucoup plus efficace car on évite la chute de tension de 0,07V. On utilise ce fonctionnement en diode parfaite lorsque le véhicule est sous tension (mise sous tension, démarrage-mode moteur ou mode générateur). 20 On notera que préférentiellement, la fonction diode parfaite est toujours active dès la mise sous tension. Ainsi, l'unité de commutation ne limite pas les capacités de recharge du super condensateur. Ainsi, cela ne conduit pas à terme à une dégradation de ce stockeur d'énergie contrairement à l'art antérieur. 25 On notera qu'on peut également dans le premier mode de réalisation de la Fig. 2 remplacer le premier circuit d'isolement par une diode parfaite. Ainsi, l'utilisation d'une diode parfaite comme interrupteur améliore les performances du système en terme de rendement (contrairement à une diode 30 classique) et de ce fait permet une gestion améliorée de la charge de la batterie secondaire, ici le super condensateur.
On notera que grâce à ces trois derniers modes de réalisation (Fig. 2, Fig. 3 et Fig. 4), lorsque le véhicule est sous tension, on a une protection : 16 - du réseau secondaire Rs s'il existe un court circuit sur le réseau principal Rp ou sur la batterie principale Bp, - du super condensateur Ucap et de la batterie principale Bp en cas de court-circuit sur le réseau secondaire Rs et ce grâce au fusible qui 5 casse, ceci évite ainsi que la batterie et le super condensateur ne se vident violemment,
De plus, grâce à au premier et troisième modes de réalisation (Fig. 2 et Fig. 4), lorsque le véhicule est sous tension, on a une protection de : ~o - du réseau secondaire Rs s'il existe un court-circuit sur le super condensateur Ucap et ce grâce à l'ouverture du deuxième interrupteur M2 en cas de courant supérieur à une valeur maximale déterminée Imax. Ainsi, dans ce cas, le super condensateur Ucap est isolé de sorte que le réseau secondaire Rs est toujours alimenté (la batterie 15 principale Bp ne se décharge pas dans le super condensateur). Ainsi, grâce à ces deux modes de réalisation, s'il existe un court-circuit sur l'un des trois circuits cités (réseau secondaire, batterie principale, ou super condensateur), les deux autres circuits sont toujours protégés et disponibles.
20 Le dispositif conforme à l'invention présente bien d'autres avantages qui sont les suivants. La charge de l'élément de stockage secondaire est meilleure avec un super condensateur qu'avec une batterie au plomb. En effet, la tension de charge imposée par l'alterno-démarreur ALT en mode générateur est 25 déterminée, en règle générale, afin d'optimiser la charge de la batterie principale Bp qui est à une température TB. Or, c'est cette même tension qui doit charger la batterie secondaire Bs qui, par contre, se trouve à une température TS différente de TB, la batterie principale et la batterie secondaire étant en général à deux endroits différents, l'une sous le capot moteur et l'autre 30 sous un siège. La charge de la batterie secondaire n'est donc pas optimisée avec le risque de sous-charge et de dégradation par perte de capacité. Cet inconvénient disparaît complètement avec un super condensateur dont la durée de vie n'est pas affectée par un stockage à état de charge inférieur à 100%.
17 D'autre part, le super condensateur permet de filtrer les ondulations et autres perturbations du courant généré par l'alterno-démarreur ALT en mode générateur. Il en résulte une tension d'alimentation plus stable du réseau secondaire et donc des contraintes moins fortes sur ses composants.
L'énergie stockée dans le super condensateur peut également servir à alimenter des composants sécuritaires, tels que les coussins de sécurité, les pré-tensionneurs de ceinture, les systèmes d'ouverture de porte, les systèmes de déconnexion de batterie, etc., même lorsque la batterie principale n'est plus disponible, notamment en cas d'accident (batterie déconnectée ou en court-circuit) ou de court-circuit sur le réseau principal. De plus, comme on l'a vu précédemment, durant une déconnexion de la batterie principale pour maintenance, le super condensateur peut alimenter les contrôleurs du véhicule, ou encore le code de sécurité de l'autoradio, évitant ainsi toute perte de données mémorisées. 1s Au contraire d'une batterie au plomb, la durée de vie d'un super condensateur est supérieure à celle du véhicule. Il n'y donc pas de remplacement à prévoir alors qu'avec une durée de vie de trois ans en moyenne une batterie au plomb doit être remplacée environ trois fois. Un super condensateur a un volume et un poids plus faibles qu'une 20 batterie au plomb classique. Bien entendu, dans le cadre de l'invention, on a décrit un super condensateur mais tout autre élément de stockage d'énergie secondaire peut être utilisé, un tel élément pouvant préférentiellement se décharger complètement sans dégradation tel qu'un super condensateur.
25 Bien entendu, dans le cadre de l'invention, on a décrit un véhicule qui utilise une clef de contact, mais cette invention s'applique également à tout véhicule qui utilise une carte de contact. On notera enfin que l'invention s'applique aux véhicules comprenant tout type de machine électrique tournante notamment alternateurs ou alterno-30 démarreurs.
Claims (19)
1. Unité de commutation pour dispositif de gestion d'alimentation d'un réseau de consommateurs pour véhicule automobile, ledit dispositif de gestion 5 comprenant : - un réseau principal (Rp), - un élément de stockage d'énergie principal (Bp) destiné à alimenter ledit réseau principal (Rp), - un réseau secondaire (Ra), ~o - un élément de stockage d'énergie secondaire (Bp) destiné à alimenter ledit réseau secondaire (Rp), caractérisé en ce qu'elle est destinée à relier électriquement le réseau secondaire (Ra) avec l'élément de stockage d'énergie secondaire (Ucap) lorsque le véhicule est dans un mode de stationnement, et en ce que ledit élément de 15 stockage d'énergie secondaire (Ucap) est un super condensateur (Ucap).
2. Unité de commutation (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce quelle est destinée en outre à relier électriquement le réseau secondaire (Ra) avec l'élément de stockage d'énergie secondaire (Ucap) lorsque le véhicule 20 fonctionne dans un mode générateur ou moteur.
3. Unité de commutation (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce quelle est destinée en outre à relier électriquement le réseau secondaire (Ra) avec l'élément de stockage d'énergie secondaire (Ucap) lorsque le véhicule fonctionne dans un mode d'arrêt/démarrage automatique. 25
4. Unité de commutation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce quelle comporte en outre des moyens de précharge de l'élément de stockage d'énergie secondaire (Ucap)•
5. Unité de commutation (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de précharge comprennent : 30 - une diode (DO), et - une résistance de pré-charge (Rpfé). 19
6. Unité de commutation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comprend en outre des moyens de protection (F) du réseau secondaire (Rs) lorsqu'il existe un court-circuit sur ledit réseau.
7. Unité de commutation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comprend en outre un premier circuit d'isolement destiné à isoler l'élément de stockage secondaire (Ucap) vis-à-vis de l'élément de stockage principal (Bp).
8. Unité de commutation (10) selon la revendication précédente, lo caractérisé en ce que le premier circuit d'isolement comprend un premier interrupteur (D1, D1-M1).
9. Unité de commutation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comprend en outre un deuxième circuit d'isolement apte à isoler l'élément de stockage principal (Bp) vis-à-vis de 1s l'élément de stockage secondaire (Ucap).
10. Unité de commutation (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le deuxième circuit d'isolement comprend un deuxième interrupteur (D2, D2-M1).
11. Unité de commutation (10) selon les revendications 7 et 10, caractérisé 20 en ce que ledit premier circuit d'isolement est placé en série avec le deuxième circuit d'isolement.
12. Unité de commutation (10) selon l'une des revendications précédentes 8 ou 10 caractérisé en ce qu'un interrupteur est un interrupteur unidirectionnel (Dl, D2). 25
13. Unité de commutation (10) selon l'une des revendications précédentes 8 ou 10, caractérisé en ce qu'un interrupteur est un interrupteur électronique (Dl-Ml, D2-M2).
14. Unité de commutation (10) selon l'une des revendications précédentes 4 à 12, caractérisé en ce qu'elle comporte en outre des troisièmes moyensd'isolement (K) de l'élément de stockage principal (Bp) vis-à-vis de l'élément de stockage secondaire (Ucap).
15. Unité de commutation (10) selon la revendication précédente 14, caractérisé en ce que les troisièmes moyens d'isolement comporte un s interrupteur mécanique (K).
16. Unité de commutation (10) selon la revendication précédente 13, caractérisé en ce qu'un interrupteur (D2-M2) est commandé en limiteur de courant.
17. Unité de commutation (10) selon l'une des revendications précédentes to 13, caractérisé en ce qu'un interrupteur (D1-M1) fonctionne en diode parfaite.
18. Dispositif de gestion d'alimentation d'un réseau de consommateurs pour véhicule automobile, ledit dispositif de gestion comprenant : - un réseau principal (Rp), - un élément de stockage d'énergie principal (Bp) destiné à alimenter ledit is réseau principal (Rp), - un réseau secondaire (Ra), -un élément de stockage d'énergie secondaire (Bp) destiné à alimenter ledit réseau secondaire (Rp), caractérisé en ce qu'elle comporte une unité de commutation (10) est 20 caractérisée selon l'une quelconque des revendications précédentes.
19. Procédé de gestion d'alimentation d'un réseau de consommateurs pour véhicule automobile comprenant : un réseau principal (Rp), un élément de stockage d'énergie principal (Bp) destiné à alimenter ledit 25 réseau principal, - un réseau secondaire (Ra), -. un élément de stockage d'énergie secondaire (Ucap) destiné à alimenter ledit réseau secondaire, caractérisé en ce que ledit procédé comporte une étape de relier 30 électriquement le réseau secondaire (Rs) avec l'élément de stockage d'énergie secondaire (Ucap) lorsque le véhicule est dans un mode de stationnement, et en21 ce que l'élément de stockage d'énergie secondaire étant un super condensateur (Ucap).
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