FR2896211A1 - Dispositif de gestion electrique pour alimentation electrique de vehicule - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de gestion électrique pour alimentation électrique de véhicule.Le dispositif de gestion électrique pour alimentation électrique de véhicule comporte un unique convertisseur (C0) de manière à minimiser le nombre de composants nécessaires pour contrôler de manière simultanée deux sources d'énergie, comme une source photovoltaïque (2 ; 11) et une source thermoélectrique (3 ; 12), à bord d'un véhicule automobile qui comporte au moins une batterie de stockage d'énergie électrique (1).

Description

"Dispositif de gestion électrique pour alimentation électrique de

véhicule" La présente invention concerne un dispositif de gestion électrique pour alimentation électrique de véhicule.

La possibilité de fournir de l'énergie électrique à bord d'un véhicule automobile lorsque son moteur thermique est arrêté présente de nombreux avantages parmi lesquels : - la fourniture de prestations électriques, le moteur thermique étant arrêté, y compris lors de stationnements de io longue durée ; - le maintien de la charge de la batterie ; - la possibilité de maintenir en veille un plus grand nombre d'appareils électroniques (multimédia notamment) ; et - d'autres prestations encore. 15 D'autre part, si cet apport énergétique provient de sources 'gratuites', c'est-à-dire sans consommation d'un carburant, telles que des capteurs solaires ou des thermo générateurs (qui utilisent une partie de la chaleur perdue par le moteur thermique par exemple), cet apport d'énergie améliore le rendement énergétique 20 du véhicule.

Solutions connues Des applications peu répandues existent où des capteurs solaires sont installés sur le toit du véhicule et assurent ainsi la 25 ventilation de l'habitacle lorsque le véhicule est stationné en plein soleil. Ceci permet de maintenir la température à l'intérieur de l'habitacle à un niveau semblable à celui de l'extérieur amenant ainsi un confort thermique appréciable lors de la prise du véhicule. D'autre part, il y a eu quelques communications sur des 30 prototypes de camions équipés de thermo générateur en tellurure de bismuth sur le carter moteur ou sur l'échappement. Ceci aurait été décrit dans le but d'avoir une source d'énergie électrique annexe associée à une amélioration du rendement énergétique.

Dans le document US-A-5.479.557, il est décrit un système dans lequel l'énergie de cellules solaires est utilisée pour alimenter soit la ventilation de l'habitacle véhicule en stationnement soit pour maintenir la charge batterie. Les deux fonctions ne sont pas envisagées simultanément. Aucune autre source d'énergie (thermoélectrique par exemple) n'est envisagée. Dans le document US-A-2002/000243, il est décrit un système fournissant une fonctionnalité identique à celle décrite dans le document US-A-5.479.557, mais avec l'utilisation d'un io convertisseur DC/DC comme interface entre le générateur solaire et le moteur à courant continu de la ventilation habitacle ou la batterie à maintenir en charge. Dans le document US-A-2002/000785, il est décrit un système fournissant une fonctionnalité identique à celle décrite is dans le document US-A-2002/000243, mais le convertisseur DG/DG alimente d'abord la batterie 42 Volts sur laquelle est prélevée la puissance nécessaire au moteur du ventilateur. Dans le document US-A-5.779.817, il est décrit un système fournissant une fonctionnalité identique à celle décrite dans le 20 document US-A-5.479.557 avec des commutations entre cellules solaires selon que l'on alimente la ventilation ou qu'on maintient la charge de la batterie. Aucun contrôle par électronique de puissance n'est envisagé, les commutations sont faites par des relais. 25 Caractéristiques principales de l'invention Un premier but de l'invention est de gérer simultanément ou indépendamment deux sources d'énergie continue de nature différentes, typiquement des cellules solaires et des thermo 30 générateurs, chacune de ces sources pouvant être d'une quelconque technologie (à titre d'exemple: technologie à base de silicium mono cristallin ou poly cristallin pour les cellules solaires, et technologie à base de couples thermoélectriques comme Te-Bi, Zn-Sb, ou Skutterudite pour le thermo générateur). Selon un autre but de l'invention, cette gestion réalisée par un convertisseur DC/DC particulier, permet d'absorber la puissance maximale que peut fournir chaque source à chaque instant dans des conditions environnementales variables. Une telle gestion, compte tenu du faible rendement de ces générateurs, apporte un fonctionnement optimal pour une application automobile. i0 Avantages de la solution proposée La solution permet d'assurer une alimentation énergétique annexe avec les avantages suivants : - économie de carburant: en effet, tout ou partie de is l'énergie électrique produite ne vient pas du moteur thermique ou d'une pile à combustible, mais de la combustion d'un carburant, - maintien d'une génération d'électricité sans apport de carburant et sans émissions, -utilisation d'appareils et accessoires électriques ou 20 recharge de leurs batteries lorsque le moteur thermique est arrêté, - maintien de la charge de la batterie lors de stationnements prolongés (plusieurs semaines), -maintien lorsque le véhicule est à l'état de moteur 25 thermique arrêté, et lors de stationnements prolongés, de certaines prestations électriques, - maintien en veille de certains équipements électroniques, de confort thermique, de ressources multimédia, etc.., - le convertisseur qui sert d'interface permet à chaque 30 source de s'affranchir de la contrainte de fournir une tension compatible avec la tension batterie. Ainsi, chaque source est dimension née à son optimum puissance/volume. En effet, lors de l'agencement série/parallèle d'éléments élémentaires qui constituent chaque générateur, le nombre d'éléments en série n'est plus conditionné par la batterie. On dimensionne la puissance (c'est-à-dire le nombre d'éléments, le volume, et donc le coût) au juste nécessaire. - la possibilité d'avoir une source indépendante du réseau principal du véhicule permet d'alimenter divers appareils lors de la période d'essais ou la période de mises au point durant lesquelles le réseau principal est susceptible d'être perturbé et d'occasionner ainsi des dysfonctionnements de ces appareils. io La gestion de sources de natures différentes assure une meilleure disponibilité de l'énergie. D'autre part, lorsque les deux sources sont disponibles, la puissance utile se trouve accrue. A cette fin, la présente invention concerne un dispositif de gestion électrique pour alimentation électrique de véhicule, is caractérisé en ce qu'il comporte un unique convertisseur de manière à minimiser le nombre de composants nécessaires pour contrôler de manière simultanée deux sources d'énergie, comme une source photovoltaïque et une source thermoélectrique, à bord d'un véhicule automobile qui comporte au moins une batterie de 20 stockage d'énergie électrique. Selon un aspect de l'invention, le convertisseur comporte un moyen pour exécuter une loi de commande dépendant de la puissance électrique maximale de chaque source pour maintenir un niveau déterminé de charge de ladite batterie de stockage 25 électrique. Selon un aspect de l'invention, le moyen du convertisseur pour exécuter une loi de commande, utilise des circuits insensibles aux variations de la tension de ladite batterie de stockage électrique. 30 Selon un aspect de l'invention, le moyen du convertisseur pour exécuter une loi de commande comporte un moyen de gestion du contrôle de la puissance issue de la source thermoélectrique pour le maintenir à puissance maximum et un moyen de gestion de tension de référence. Selon un aspect de l'invention, ladite batterie de stockage électrique est choisie parmi au moins la batterie centrale du s véhicule, et/ou une batterie spécialisée, de sorte que le dispositif de gestion fonctionne même si le moteur thermique du véhicule est arrêté, et même si l'ensemble des circuits électriques consommateurs sont coupés. Selon un aspect de l'invention, le convertisseur est équipé io d'une première ressource du convertisseur permettant d'empêcher que la batterie, dont le potentiel haut serait plus élevé que celui d'une source d'énergie électrique, se décharge sur ladite source. Selon un aspect de l'invention, ladite première ressource du convertisseur est constituée par deux diodes dont les cathodes 15 sont connectées en commun et les anodes sont connectées respectivement au potentiel élevé de chaque première ou seconde sources d'énergie, la connexion commune des cathodes étant connectée à la batterie. Selon un aspect de l'invention, le convertisseur est équipé 20 d'une seconde ressource pour produire un signal de configuration électrique en tension et/ou en courant débité, de la première et ou de la seconde source d'énergie électrique. Selon un aspect de l'invention, le convertisseur comporte deux entrées respectivement connectées à un premier filtre 25 connecté au potentiel le plus haut de la première source d'énergie et à un second filtre connecté au potentiel le plus haut de la seconde source d'énergie. Selon un aspect de l'invention, chaque filtre est un filtre en gamma composé respectivement d'une inductance série, et un 30 condensateur parallèle. Selon un aspect de l'invention, les deux filtres sont calculés de manière à ce que les inductances soient constituées par les câbles de connexion eux-mêmes.

Selon un aspect de l'invention, le convertisseur comporte un contrôleur et un moyen pour combiner les courants issus des deux sources. Selon un aspect de l'invention, le moyen de combinaison 5 des courants comporte un transformateur à deux noyaux et trois bobines : - -- une première bobine connectée à l'entrée du convertisseur connectée à la sortie du filtre de la seconde source, - -- une seconde bobine connectée à l'entrée du io convertisseur connectée à la sortie du filtre de la première source, et --- une troisième bobine connectée à la sortie du moyen de combinaisons des courants. Selon un aspect de l'invention, la première bobine is comporte une seconde borne qui est connectée à une borne de commutation d'un moyen de commutation commandé par le signal de sortie issue d'une sortie du contrôleur, et en ce que la seconde bobine comporte une seconde borne qui est connectée à une borne de commutation d'un moyen de commutation commandé par 20 le signal de sortie issue d'une sortie du contrôleur. Selon un aspect de l'invention, chacun des commutateurs est constitué par un transistor de puissance de type MOS dont la grille est connectée à la borne de signal de commande correspondante du contrôleur, le drain est connecté à une 25 seconde borne d'un des premier ou second enroulements du transformateur et la source est connectée à la ligne de potentiel bas du circuit de l'invention. Selon un aspect de l'invention, une première borne de potentiel haut du troisième enroulement du transformateur est 30 connectée à l'anode d'une diode de conduction dont la cathode est respectivement connectée à la batterie ainsi que à une première borne d'un condensateur de stockage dont la seconde borne est elle-même connectée à la ligne de potentiel bas du circuit. Selon un aspect de l'invention, le contrôleur comporte deux boucles de régulation indépendantes implantées de façon à déterminer de manière optimale le pilotage de chaque transistor ou moyen de commutation. Selon un aspect de l'invention, chaque boucle de régulation coopère : - avec un générateur de tension de référence destiné à io placer la régulation dans un mode au moins voisin de la fourniture d'une puissance électrique maximale, - avec l'une ou l'autre de la borne d'entrée du contrôleur pour prendre la tension instantanée en sortie du filtre associé à la première source thermoélectrique; ou de la borne d'entrée du is contrôleur pour prendre la tension instantanée en sortie du filtre associé à la seconde source à cellules photovoltaïques. Selon un aspect de l'invention, chacune des entrées du contrôleur est connectée à un circuit générateur d'une valeur moyenne de la tension de mesure instantanée de l'une ou l'autre 20 des deux sources, la sortie du circuit générateur de tension moyenne étant connectée à la borne d'entrée de la boucle de régulation concernée. Selon un aspect de l'invention, chaque boucle de régulation comporte un circuit soustracteur des signaux 25 représentatifs du seuil de réglage de la régulation de la borne d'entrée, valeur à laquelle le circuit soustracteur soustrait la valeur instantanée ou moyenne de la tension de la source transmise à la borne d'entrée, puis un circuit correcteur qui comporte un générateur de trains d'impulsions de commande pour 30 un moyen de commutation. Selon un aspect de l'invention, le générateur de trains d'impulsions est doté de moyens pour déterminer la fréquence, le rapport cyclique, l'amplitude et la forme d'onde du train d'impulsion. Selon un aspect de l'invention, le circuit correcteur comporte un moyen pour faire varier son rapport cyclique.

Selon un aspect de l'invention, le contrôleur est équipé d'un circuit de calibrage de la tension de référence qui produit un arrêt à intervalles réguliers d'un moyen de commutation pour mettre à jour la tension de référence appliquée à la borne. Selon un aspect de l'invention, le circuit de calibrage io comporte aussi un moyen pour produire un arrêt des commutations du transistor MOS après une phase de réduction progressive de la durée de conduction jusqu'à son annulation. Selon un aspect de l'invention, le dispositif de gestion comporte un capteur de température, le contrôleur coopérant avec is un circuit de calcul de la tension de référence Vo/2 directement déduite de la température au moyen d'une fonction de conversion de la température en une tension de référence de la forme Vo/2. Selon un aspect de l'invention,, pour la seconde source d'énergie électrique à cellules solaires, un capteur de température 20 et/ou un capteur d'ensoleillement sont mis en oeuvre pour corriger la tension de référence VO-e au moyen d'un circuit de calibrage de la tension de référence de régulation de la seconde source. Selon d'autres aspects de l'invention 25 - le circuit de calibrage de la tension de référence de la régulation de la seconde source à cellules photovoltaïques comporte une mémoire à entrée unique indexée sur la valeur représentative d'une mesure de la température, - le circuit de calibrage de la tension de référence de la 30 régulation de la seconde source à cellules photovoltaïques comporte une mémoire à entrée unique indexée sur la valeur représentative d'une mesure de l'ensoleillement, - le circuit de calibrage de la tension de référence de la régulation de la seconde source à cellules photovoltaïques comporte une mémoire à deux entrées indexées respectivement sur la valeur représentative d'une mesure de la température et sur la valeur représentative d'une mesure de l'ensoleillement. Selon un aspect de l'invention, la mémoire produit une valeur de décalage E de la tension de référence et ladite valeur de décalage est produite à l'entrée négative d'un soustracteur dont l'entrée positive est connectée à un circuit générateur de la io tension VO caractéristique de la puissance maximale du générateur à cellules photovoltaïques, le circuit générateur de la tension VO caractéristique de la puissance maximale du générateur à cellules photovoltaïques coopérant avec un moyen de commutation ou de branchement de cellules photovoltaïques, is de sorte que le courant et la tension délivrées par le générateur photovoltaïque fonctionne dans des caractéristiques désirées. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description et des figures annexées parmi lesquelles : 20 - la figure 1 est un schéma d'un dispositif de gestion selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est un schéma d'un dispositif de gestion électrique selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est un graphique sur lequel ont été reportées 25 les caractéristiques en tension et en puissance d'une source d'un premier type utilisée dans le dispositif de gestion électrique de l'invention ; - la figure 4 est un graphique sur lequel ont été reportées les caractéristiques en tension et en puissance d'une source d'un 30 second type utilisée dans le dispositif de gestion électrique de l'invention ; Io - la figure 5 est un schéma bloc d'un circuit utilisé dans le dispositif de gestion électrique du second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est un schéma bloc d'un autre circuit utilisé dans le dispositif de gestion électrique du second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7 est une série de quatre graphes de quatre paramètres de contrôle du dispositif de l'invention ; - la figure 8 est un graphe permettant d'expliquer le lo fonctionnement d'un autre circuit de contrôle du dispositif de l'invention ; et - la figure 9 est un schéma bloc d'un autre circuit utilisé dans le dispositif de gestion électrique du second mode de réalisation de l'invention. 15 Description détaillée Selon l'invention, il existe plusieurs façons de gérer simultanément deux sources d'énergie auxiliaires distinctes (solaires et thermo électrique). La façon la plus simple et la moins 20 performante est décrite par la Fig. 1. À la figure 1, on a représenté un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention. Le véhicule, non représenté, comporte une batterie 1. Cette batterie peut être la batterie centrale du véhicule, normalement alimentée par un alternateur entraîné par le moteur 25 thermique du véhicule traditionnel. Dans une variante, la batterie 1 est une batterie spécialisée, qui est connectée par l'intermédiaire d'un circuit non représenté à la figure 1 au réseau de bord. Dans l'un ou l'autre cas, que la batterie 1 soit la batterie centrale du véhicule ou qu'elle soit une batterie spécialisée, le 30 dispositif de gestion de l'invention fonctionne même si le moteur thermique du véhicule est arrêté, et même si l'ensemble des circuits électriques consommateurs sont coupés.

Le dispositif de gestion de l'invention comporte un convertisseur unique, repéré par la lettre C, qui est connecté par deux entrées distinctes d'une part à une première source d'énergie électrique 2, d'autre part à une seconde source d'énergie électrique 3. Dans un mode préféré de réalisation, la première source d'énergie électrique est composée par un thermo générateur. La seconde source d'énergie électrique est composée par une pluralité de cellules photovoltaïques, par exemple disposées sur le pavillon du véhicule. io Le convertisseur C de l'invention est équipé d'un ou de plusieurs moyens, ou coopère avec ceux-ci, selon qu'ils sont intégrés au convertisseur ou simplement électriquement connectés à l'extérieur de celui-ci. La première ressource du convertisseur permet d'empêcher que la batterie ou l'autre is source, dont le potentiel haut serait plus élevé que celui d'une source d'énergie électrique, se décharge sur ladite source. Dans le mode de réalisation de la figure 1, ce moyen est constitué par les deux diodes 5 et 6. Une seconde ressource (non représentée) du convertisseur 20 C permet de produire un signal de configuration électrique en tension et/ou en courant débité, de la première et ou de la seconde source d'énergie électrique. Particulièrement dans le cas d'une pile de cellules photovoltaïques (cas de la seconde source 3), il est possible sur la base d'un tel signal de configuration 25 d'adapter par commutation de groupes de cellules photovoltaïques en série et ou en parallèle de façon à, dans le cas des cellules photovoltaïques, choisir des valeurs déterminées de courant et de tension disponibles à l'entrée correspondante du convertisseur C, ces valeurs déterminées correspondant à un 30 fonctionnement optimal tant du convertisseur C que de la batterie 1 lors de sa recharge. La même ressource de configuration électrique est réalisée pour la première source 2 à thermo générateur.

Dans le premier mode de réalisation du dispositif de l'invention représenté à la figure 1, le convertisseur unique comporte une première 5 et une seconde 6 diodes. L'anode de la première diode 5 est connectée à un point de potentiel élevé de la source 2 composée par un thermo générateur. L'anode de la seconde diode est connectée à un point de potentiel élevé de la source 3 composées par une pile de cellules photovoltaïques. Les cathodes des première 5 et seconde 6 diodes sont connectées ensemble à la sortie de l'unique convertisseur C, de sorte qu'elle lo soit connectée à la borne de potentiel élevé de la batterie 1. La borne de potentiel bas de la batterie 1 est connectée en même temps aux bornes de potentiel bas respectivement de la première 2 et de la seconde 3 sources d'énergie électrique. Cette topologie présente cependant des inconvénients 1s décrits ci-après. Les sources photovoltaïque et thermoélectrique doivent être configurées de façon à fournir une tension compatible avec celle de la batterie. Ce qui limite les possibilités d'optimisation d'agencement des cellules élémentaires (en série et/ou en 20 parallèle) pour une puissance requise et un volume alloué. Les sources d'énergies sont mal utilisées. En effet, l'absence de pilotage fait qu'elles ne peuvent être utilisées à leurs point de puissance maximum dans toutes les conditions (niveau d'ensoleillement pour les cellules solaires et différence de 25 température pour les thermo générateurs). Dans un second mode de réalisation, l'invention permet de gérer les sources d'énergies solaire et thermoélectrique à leur maximum de puissance disponible quelles que soient les conditions environnementales (ensoleillement et différence de 30 température) qui ont une influence majeure sur cette puissance maximale. Le circuit de la Fig. 2 détaille le schéma du convertisseur utilisé.

Le dispositif de la figure 2 comporte comme dans le cas de la figure 1 une batterie de véhicule 10 dont le potentiel le plus bas est connecté au potentiel les plus bas respectivement d'une première source électrique 11 constituées par un thermo générateur et d'une seconde source électrique 12 constituées par une pile de cellules photovoltaïques. Intercalé entre les deux sources 11 et 12 d'une part et la batterie 10 d'autre part, est disposé le convertisseur du second mode de réalisation de l'invention. Il comporte une partie de conversion proprement dite CO présentant deux entrées respectivement connectées, d'une part, à un premier filtre F1 connecté au potentiel le plus positif de la première source d'énergie 11 et, d'autre part, à un second filtre F2 connecté au potentiel le plus positif de la seconde source d'énergie 12. Dans 1s un mode particulier de réalisation chaque filtre est un filtre en gamma composé respectivement d'une inductance en série comme les inductances 13 ou 15, et d'un condensateur parallèle comme les condensateurs 14 et 16. Dans un mode particulier de réalisation les deux filtres F1 et F2 sont calculés de manière à ce 20 que les inductances 13 et 15 soient constituées par les câbles de connexion eux-mêmes. Par ailleurs, le convertisseur proprement dit CO comporte un contrôleur 29 qui comporte au moins deux bornes d'entrée respectivement B connectée à la sortie du filtre F1 protégeant la 25 première source 11 et C connectée à la sortie du filtre F2 protégeant la seconde source 12. Le contrôleur 29 comporte au moins deux bornes de sortie respectivement D et E qui seront décrites ci-après. Le contrôleur CO comporte ensuite un moyen A pour 30 combiner les courants issus des deux sources 11 et 12. Préférentiellement, le moyen de combinaisons des courants A comporte un transformateur à deux noyaux et trois bobines : -une première bobine 21 connectée à l'entrée du convertisseur CO connecté à la sortie du filtre F2 de la seconde source de 12, - - une seconde bobine 22 connectée à l'entrée du convertisseur CO connectée à la sortie du filtre F1 de la première source 1 1 , et - - une troisième bobine 24 connectée à la sortie du moyen de combinaisons des courants A. Les bobines 21 et 22 sont magnétiquement couplés par un noyau 20 et les bobines 22 et les 24 sont couplées par un noyau 23, les deux noyaux 20 et 23 pouvant être associées dans un circuit magnétique unique à la manière des transformateurs triphasés. La première bobine 21 comporte une seconde borne qui 1s est connectée à une borne de commutation d'un moyen de commutation 25 commandé par le signal de sortie issu de la sortie D du contrôleur 29. La seconde bobine 22 comporte une seconde borne qui est connectée à une borne de commutation d'un moyen de commutation 26 commandé par le signal de sortie issu de la 20 sortie E du contrôleur 29. En fonction du style de l'état du signal de sortie correspondant du contrôleur 29, chacun des commutateurs 25 ou 26 peut être ouvert 'ON' ou fermé 'OFF'. Chaque commutateur 25 ou 26 comporte une borne de commande connectée 25 respectivement à la sortie D et à la sortie E du contrôleur 29. Chaque commutateur 25 ou 26 comporte enfin une seconde borne de commutation qui est reliée à la ligne de potentiel bas du circuit de l'invention. Dans un mode préféré de réalisation chacun des 30 commutateurs 24 ou 25 est constitué par un transistor de puissance de type MOS dont la grille est connectée à la borne de signal de commande correspondante du contrôleur 29, le drain est connecté à une seconde borne d'un des premier ou second enroulement du transformateur A et la source est connectée à la ligne de potentiel bas du circuit de l'invention. Une première borne de potentiel haut du troisième enroulement 24 du transformateur A est connectée à l'anode s d'une diode de conduction 27 dont la cathode est respectivement connectée à la sortie du circuit de l'invention destinée à être connectée à la batterie 10 ainsi que à une première borne d'un condensateur 28 de stockage dont la seconde borne est elle-même connectée à la ligne de potentiel bas du circuit de 10 l'invention. Enfin, le contrôleur 29 est référencé au point de vue des tensions électriques, par une ligne de connexion F à la ligne de potentiel bas du circuit de l'invention. On n'a pas représenté la ligne d'alimentation positive permettant de polariser le circuit 15 interne du contrôleur 29. Le contrôleur 29 comporte cependant un moyen pour générer une tension d'alimentation positive de polarisation et un circuit qui transforme des signaux d'entrée sur les entrées B et C en signaux de commande sur ces sorties D et E. 20 Les avantages du second mode de réalisation de l'invention sont les suivants. Tout d'abord, les deux sources (thermo générateur et cellules solaires) sont connectées à un même convertisseur qui assure leur gestion simultanée. Les inductances de filtrage 13 et 15 sont en pratique les 25 inductances de câblage entre les sources et le convertisseur. En effet, les contraintes fonctionnelle et architecturales font que les sources sont généralement éloignées du convertisseur (les cellules solaires sont typiquement sur le toit du véhicule tandis que les thermo générateurs sont plutôt sur le carter moteur ou 30 l'échappement). On profite de cette contrainte pour éliminer des éléments inductifs (potentiellement volumineux et coûteux) du circuit.

Le reste des éléments {hors batterie) sont des composants physiques qui font partie du convertisseur. Cette topologie permet d'allouer certains composants aux deux générateurs. On compte parmi eux - le transformateur A dont l'enroulement secondaire est partagé ; - la diode de sortie 27 ; - la capacité de filtrage 28 en sortie. Dans cette configuration, les sources auxiliaires que sont le thermo générateur 11 et les cellules solaires 12, chargent la batterie et/ou alimentent des accessoires alors que le moteur du véhicule et toute autre source consommant du carburant peuvent être arrêté (stationnement ou hybride fonctionnant en mode électrique par exemple).

Mise en oeuvre Le principe de base du fonctionnement imposé par le contrôleur 29 est celui de l'alimentation à découpage à récupération d'énergie ou convertisseur flyback . Le circuit magnétique 20, 23 estmagnétisé alternativement par l ' u n e , 1 1 , et l'autre, 12, sources, grâce à des séquences de fonctionnement alternatives des commutateurs électroniques 25 et 26. La Figure 1 détaille le séquencement des signaux de commande issus du contrôleur 29 et appliqués aux électrodes de grille des transistors MOS 25 et 26. Le circuit magnétique est magnétisé alternativement par chaque transistor 25 ou 26 pendant une durée issue de la régulation obtenue à partir de la tension moyenne mesurée de leur capacité de filtrage respective (14 et 16). Le fonctionnement peut être aussi bien continu que discontinu selon que le flux magnétique dans l'enroulement secondaire peut s'annuler ou non. A la figure 3, on a représenté les caractéristiques en tension et en puissance d'une source électrique à thermo générateur pour deux gradients de température. Pour un premier gradient de température T1 , on a représenté la caractéristique en puissance 30 et la caractéristique en tension 31. La caractéristique en tension est de la forme : V=VO ù rxl dans laquelle VO est la tension du générateur thermo électrique à circuit ouvert, r est la résistance interne du générateur thermo électrique et I est le courant débité par la source à générateur thermo électrique sur un circuit récepteur. La puissance débitée io par un tel générateur est donnée par une relation de la forme : P = V x I P=Ix(VOùrxl) qui présente un maximum pour la valeur 10 = VO/2r. Pour un autre gradient de température T2, on a représenté is le couple de caractéristiques en puissance 32 et en tension 33 du même générateur. La variation entre les deux gradients est établie par la tension à vide VO = VO(T) où T est le gradient de températures du générateur. Le contrôle du dispositif de gestion électrique de 20 l'invention est exécuté sur une loi à puissance maximale de sorte que le courant débité par la source à générateur thermo électrique est donc de la forme: 10(T) = VO(T)/(2 x r) qui peut donc être déterminée a priori et enregistré dans le contrôleur 29. A la figure 4, on a représenté les caractéristiques en 25 tension et en puissance d'une source électrique à cellules photovoltaïques pour deux ensoleillements différents. Pour un premier niveau d'ensoleillement, on a un couple de caractéristiques en puissance 34 et en tension 35, puis pour un second niveau d'ensoleillement on a un couple de caractéristiques 30 en puissance 36 et en tension 37. La valeur VO est directement liée à la tension d'avalanche des cellules photovoltaïques, et la tension délivrée par le générateur photovoltaïque, à ensoleillement donné, reste sensible-ment constante tant que le courant débité ne dépasse pas une valeur limite dépendante de l'ensoleillement des cellules photovoltaïques. La puissance étant le résultat du produit V x I de la tension mesurée et du courant débité est elle-même linéaire jusqu'à la valeur de courant maximale. Compte tenu des caractéristiques électriques de chaque source, la durée de conduction de chaque transistor (ou son rapport cyclique) est régulée par un circuit de régulation du rapport cyclique interne au contrôleur 29 pour être sur le point de io fonctionnement à puissance maximum de chaque générateur, soit : - VO/2 pour le thermo générateur, comme le montre la Figure 3 qui représente les caractéristiques courant/puissance d'un thermo générateur pour deux gradients de température is différents (l'écart de température appliqué au thermo générateur est plus en trait plein qu'en pointillés). - VO-e pour les cellules solaires, E étant une fraction relativement faible de VO de façon à se maintenir juste au point à puissance maximum lorsque la tension commence à chuter, 20 comme le montre la Figure 4. Du fait que le dispositif de gestion électrique de l'invention travaille avec deux sources électriques de caractéristiques différentes, son contrôleur 29 doit comporter deux boucles de régulation indépendantes dont les caractéristiques sont spécifiées 25 pour déterminer de manière optimale le pilotage de chaque transistor ou moyen de commutation 25, 26. La figure 5 montre le schéma de principe de l'une ou l'autre de ces boucles. Une borne d'entrée 39 de l'une ou l'autre des deux boucles implémentées dans le contrôleur 29 (Figure 2) 30 est connectée à un générateur de tension de référence destiné à placer la régulation dans un mode au moins voisin de la fourniture d'une puissance électrique maximale. De ce fait, ainsi qu'il a été expliqué plus haut, la tension de référence appliquée à l'entrée 39 de la boucle de régulation est : • VO/2 pour la boucle de régulation sur la première source 11 à thermo générateur ; VO-e pour la boucle de régulation sur la seconde source 12 à cellules photovoltaïques. Une seconde borne d'entrée 40 de l'une ou l'autre boucle de régulation est respectivement connectée : - à la borne d'entrée C du contrôleur 29 pour prendre la tension instantanée en sortie du filtre F1 associé à la première source à thermo générateur ; - à la borne d'entrée B du contrôleur 29 pour prendre la tension instantanée en sortie du filtre F2 associé à la seconde source à cellules photovoltaïques.

Dans un mode particulier de réalisation, chacune des entrées B ou C du contrôleur 29 est connectée à un circuit générateur d'une valeur moyenne de la tension de mesure instantanée de l'une ou l'autre des deux sources. La sortie du circuit générateur de tension moyenne est alors connectée à la borne d'entrée 40 de la boucle de régulation concernée. Chaque boucle de régulation comporte ensuite un circuit soustracteur 38 des signaux représentatifs du seuil de réglage de la régulation de la borne d'entrée 39, valeur à laquelle le circuit soustracteur 38 soustrait la valeur instantanée ou moyenne de la tension de la source transmise à la borne d'entrée 40. La valeur de sortie est alors adressée à un circuit correcteur 41 qui comporte un générateur de trains d'impulsions de commande pour grille de transistor MOS ou plus généralement de tout moyen de commutation 25 ou 26 selon que la boucle de régulation est dévolue à la première source 11 ou à la seconde source 12. Le générateur de trains d'impulsions est doté de moyens pour déterminer la fréquence, le rapport cyclique, l'amplitude et la forme d'onde du train d'impulsion. Dans un mode préféré de réalisation, fréquence, amplitude et forme d'onde sont maintenues constantes tandis que le correcteur 41 comporte un moyen pour faire varier le rapport cyclique, c'est-à-dire la durée de conduction 'ON' du transistor dont la grille est connectée à la borne de sortie s D du contrôleur 29 connectée à la sortie 42 de la boucle de régulation pour le générateur thermo électrique pour le transistor MOS 25 ou à la borne de sortie E de la boucle de régulation pour le générateur photovoltaïque pour le transistor MOS 26. A la Figure 7 on a représenté quatre chronogrammes d'un io exemple de fonctionnement du circuit de la Figure 2 dont le contrôleur 29 est équipé de deux boucles de régulation analogues à la boucle de la figure 5. La courbe 50, du graphe supérieur représente la variation du flux magnétique dans l'enroulement secondaire en sortie du transformateur A. La courbe est is constituée par une séquence de dents de scie, périodique à la fréquence de commutation des moyens de commutation 25 et 26. La courbe 51 du graphe suivant représente l'évolution du courant dans la diode de sortie qui est une fonction périodique en créneaux rectangulaires, périodique à la fréquence de commuta- 20 tion des moyens de commutation 25 et 26. La courbe 52 du graphe suivant représente l'évolution du courant dans l'un ou l'autre des moyens de commutation 25 ou 26 quand ils sont composés d'un transistor MOS et qui est une fonction périodique en créneaux trapèzes, périodique à la 25 fréquence de commutation des moyens de commutation 25 et 26. La courbe 53 du graphe suivant représente l'évolution de la tension de commande de grille de chaque transistor MOS 25 ou 26 qui est une fonction périodique en créneaux rectangulaires, périodique à la fréquence de commutation des moyens de 30 commutation 25 et 26. Pendant la durée de conduction déterminée par la boucle de régulation décrite à l'aide de la figure 5 du contrôleur 29, chaque transistor concerné est placé en état de conduction 'ON' (graphe 53). En réponse, le courant traversant le chemin drain - source des transistors rendus conducteurs, étant entendu, qu'un seul pourrait être rendu conducteur, augmente. Il en résulte que l'énergie magnétique se stocke dans les enroulements primaires du transformateur A (parties croissantes de la courbe 50). Puis, lorsque le circuit (ou les circuits primaires) est (sont) ouvert(s), le courant s'annule dans le primaire (graphe 52) et l'énergie stockée dans les primaires est restituée dans l'enroulement secondaire (partie descendante du graphe 50) dans le même temps, le lo courant secondaire peut s'écouler dans la diode de sortie qui bloque le secondaire lors de la période de charge magnétique. Il est ainsi possible de produire une tension aux bornes du condensateur 28 de sortie du dispositif de l'invention, de sorte qu'il puisse participer à la recharge de la batterie 1. ls La durée de conduction du transistor (c'est-à-dire le temps pendant lequel il est 'ON' (conducteur peut être indépendante de la durée de démagnétisation (c'est-à-dire la durée entre sa commutation 'OFF' (bloqué) et l'amorçage 'ON' de l'autre transistor) ou agir directement sur le rapport cyclique (rapport 20 entre le temps où le transistor est 'ON' (conducteur) à la durée d'une période). La tension Vo est fortement variable pour le thermo générateur, avec les conditions environnementale. Ceci est essentiellement dû aux écarts de température. Il convient donc de 25 calibrer les tensions de consigne appliquées à la borne d'entrée 39 du soustracteur 38 de la boucle de régulation dévolue au contrôle de la première source 11. Pour cela, le contrôleur 29 est équipé d'un circuit de calibrage de la tension de référence (non représenté) qui produit un arrêt à intervalles réguliers du 30 transistor MOS 25 qui pilote le thermo générateur le temps que la capacité de filtrage 14 correspondante se charge à la tension Vo. Cette tension est mesurée par le circuit de calibrage, puis la tension de référence appliquée à la borne 39 est mise à jour. A ce moment, le circuit de calibrage produit un signal d'activation qui permet de relancer la procédure de commutation et de transfert de la puissance du générateur concerné sur la boucle de régulation.

Afin que l'énergie contenue dans l'inductance de filtrage 13 ne surcharge pas la capacité 14 et entraîne des erreurs, le circuit de calibrage comporte aussi un moyen pour produire un arrêt des commutations du transistor MOS 25 après une phase de réduction progressive de la durée de conduction jusqu'à son annulation io ( soft stop ) comme il a été représenté à la Figure 8. Dans un autre mode de réalisation du dispositif de gestion électrique de l'invention, on dispose d'un capteur de température. Le contrôleur CO coopère alors avec un circuit de calcul de la tension de référence Vo/2 directement déduite de la température is au moyen d'une fonction de conversion de la température en une tension de référence de la forme VO/2. A la Figure 9, le circuit de calibrage comporte une borne d'entrée 56 sur laquelle est appliqué un signal représentatif de la température de la source 11 à thermo générateur qui est converti 20 par un moyen de conversion de signal d'entrée en une adresse de lecture d'une table préalablement programmée contenant pour chaque valeur de conversion du signal de température, une valeur de la tension de référence de régulation VO/2 disponible à sa borne de lecture 58 qui peut alors être connectée à la borne 25 d'entrée 39 (Figure 5) de la boucle de régulation dévolue à la première source 11 à thermo générateur. En ce qui concerne la seconde source d'énergie électrique à cellules solaires, si on dispose d'un capteur de température et/ou d'un capteur d'ensoleillement, la tension de référence VO-e 30 peut être corrigée par ces mesures afin d'être plus précisément sur le point de fonctionnement à puissance maximale. La consigne de tension, connectée à la borne d'entrée 39 de la boucle de régulation dévolue à la seconde source électrique 12 à cellules photovoltaïques serait issue d'un circuit de calibrage de la tension de référence de régulation de la seconde source représenté à la figure 6. Le circuit de calibrage de la tension de référence de régulation de la seconde source comporte au moins une borne d'entrée 43 d'un signal représentatif de la température des cellules photovoltaïques, et/ou une borne d'entrée 45 d'un signal de détection de l'ensoleillement des capteurs photovoltaïques. Dans une première variante, le circuit de calibrage de la io tension de référence de la régulation de la seconde source à cellules photovoltaïques 12 comporte une mémoire 44 à entrée unique indexée sur la valeur représentative d'une mesure de la température (entrée 43). Dans une seconde variante, le circuit de calibrage de la is tension de référence de la régulation de la seconde source à cellules photovoltaïques 12 comporte une mémoire 44 à entrée unique indexée sur la valeur représentative d'une mesure de l'ensoleillement (entrée 45). Dans une troisième variante, le circuit de calibrage de la 20 tension de référence de la régulation de la seconde source à cellules photovoltaïques 12 comporte une mémoire à deux entrées indexées respectivement sur la valeur représentative d'une mesure de la température (entrée 43) et sur la valeur représentative d'une mesure de l'ensoleillement (entrée 45).

25 La valeur de lecture de la mémoire 44 est disponible sur son entrée de lecture 46 qui produit une valeur de décalage E de la tension de référence va et la dite valeur de décalage est produite à l'entrée négative d'un soustracteur 48 dont l'entrée positive est connectée à un circuit 47 générateur de la tension va 30 caractéristique de la puissance maximale du générateur à cellules photovoltaïques 12. La sortie du soustracteur 48 est connectée à la borne de sortie du circuit de calibrage de la tension de référence de la régulation de la seconde source à cellules photovoltaïques et est donc transmise à la borne d'entrée de référence 39 de la boucle de régulation dévolue au contrôle de la seconde source à cellules photovoltaïques. Dans un mode particulier de réalisation, le circuit 47 générateur de la tension va caractéristique de la puissance maximale du générateur à cellules photovoltaïques 12 coopère avec un moyen de commutation ou de branchement de cellules photovoltaïques, de sorte que le courant et la tension délivrées par le générateur photovoltaïque fonctionne dans des io caractéristiques désirées qui ne sont pas directement concernées par la présente invention. Bien entendu, il est possible de réaliser les moyens décrits avec d'autres moyens. Notamment, ainsi que cela a été évoqué, les mémoires 44 ou 57 des circuits de calibrage des tensions de is référence peuvent être remplacées par des circuits calculateurs dans lesquels sont programmées des fonctions représentatives des valeurs de calibrage désirées.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de gestion électrique pour alimentation électrique de véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un unique convertisseur (CO) de manière à minimiser le nombre de s composants nécessaires pour contrôler de manière simultanée deux sources d'énergie, comme une source photovoltaïque (2 ; 1 1) et une source thermoélectrique (3 ; 12), à bord d'un véhicule automobile qui comporte au moins une batterie de stockage d'énergie électrique (1).. io

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur (CO) comporte un moyen pour exécuter une loi de commande dépendant de la puissance électrique maximale de chaque source (1 1 , 12) pour maintenir un niveau déterminé de charge de ladite batterie de stockage électrique (1). 15

3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen du convertisseur (CO) pour exécuter une loi de commande, utilise des circuits insensibles aux variations de la tension de ladite batterie de stockage électrique (1).

4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce 20 que le moyen du convertisseur (CO) pour exécuter une loi de commande comporte un moyen de gestion du contrôle de la puissance issue de la source thermoélectrique (3 ; 12) pour le maintenir à puissance maximum et un moyen de gestion de tension de référence. 25

5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite batterie de stockage électrique (1) est choisie parmi au moins la batterie centrale du véhicule, et/ou une batterie spécialisée, de sorte que le dispositif de gestion fonctionne même si le moteur thermique du véhicule 30 est arrêté, et même si l'ensemble des circuits électriques consommateurs sont coupés.

6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le convertisseur (C) est équipé d'une première ressource (5,6 ; 27) du convertisseur permettant d'empêcher que la batterie (1), dont le potentiel haut serait plus élevé que celui d'une source d'énergie électrique ( 1, 2 ; 1 1 , 12), se décharge sur ladite source.

7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite première ressource du convertisseur (CO) est constituée par deux diodes (5, 6) dont les cathodes sont connectées en commun et les anodes sont connectées respectivement au potentiel élevé de chaque première (2) ou seconde (3) sources d'énergie, la connexion commune des io cathodes étant connectée à la batterie (1).

8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le convertisseur (CO) est équipé d'une seconde ressource pour produire un signal de configuration électrique en tension et/ou en courant débité, de la première et ou de la seconde is source d'énergie électrique.

9 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le convertisseur (CO) comporte deux entrées respectivement connectées à un premier filtre (F1) connecté au potentiel le plus haut de la première source d'énergie (11) et à un second filtre 20 (F2) connecté au potentiel le plus haut de la seconde source d'énergie (12). - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque filtre (F1, F2) est un filtre en gamma composé respectivement d'une inductance série (13) ou (15), et un 25 condensateur parallèle (14 et 16). 11 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les deux filtres (F1 et F2) sont calculés de manière à ce que les inductances (13) et (15) soient constituées par les câbles de connexion eux-mêmes. 30 12 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le convertisseur (CO) comporte un contrôleur (29) et un moyen (A) pour combiner les courants issus des deux sources (11 et 12).13 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen de combinaison des courants (A) comporte un transformateur à deux noyaux et trois bobines : - -- une première bobine (21) connectée à l'entrée du convertisseur (CO) connectée à la sortie du filtre (F2) de la seconde source (12), - -- une seconde bobine (22) connectée à l'entrée du convertisseur (CO) connectée à la sortie du filtre (F1) de la première source (Il), et io --- une troisième bobine (24) connectée à la sortie du moyen de combinaisons des courants (A). 14 - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que la première bobine (21) comporte une seconde borne qui est connectée à une borne de commutation d'un moyen de is commutation (25) commandé par le signal de sortie issue d'une sortie (D) du contrôleur (29), et en ce que la seconde bobine (22) comporte une seconde borne qui est connectée à une borne de commutation d'un moyen de commutation (26) commandé par le signal de sortie issue d'une sortie (E) du contrôleur (29). 20 15 Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que chacun des commutateurs (24, 25) est constitué par un transistor de puissance de type MOS dont la grille est connectée à la borne de signal de commande correspondante du contrôleur (29), le drain est connecté à une seconde borne d'un des premier 25 ou second enroulements du transformateur (A) et la source est connectée à la ligne de potentiel bas du circuit de l'invention. 16 -Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'une première borne de potentiel haut du troisième enroulement (24) du transformateur (A) est connectée à l'anode d'une diode de 30 conduction (27) dont la cathode est respectivement connectée à la batterie (10) ainsi que à une première borne d'un condensateur (28) de stockage dont la seconde borne est elle-même connectée à la ligne de potentiel bas du circuit.17 -Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le contrôleur (29) comporte deux boucles de régulation indépendantes implantées de façon à déterminer de manière optimale le pilotage de chaque transistor ou chaque moyen de commutation (25, 26). 18 - Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que chaque boucle de régulation coopère : - avec un générateur de tension de référence destiné à placer la régulation dans un mode au moins voisin de la fourniture io d'une puissance électrique maximale, - avec l'une ou l'autre de la borne d'entrée (C) du contrôleur (29) pour prendre la tension instantanée en sortie du filtre (F1) associé à la première source thermoélectrique; ou de la borne d'entrée (8) du contrôleur (29) pour prendre la tension is instantanée en sortie du filtre (F2) associé à la seconde source à cellules photovoltaïques. 19 - Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que chacune des entrées (B) ou (C) du contrôleur (29) est connectée à un circuit générateur d'une valeur moyenne de la 20 tension de mesure instantanée de l'une ou l'autre des deux sources, la sortie du circuit générateur de tension moyenne étant connectée à la borne d'entrée (40) de la boucle de régulation concernée. 20 - Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce 25 que chaque boucle de régulation comporte un circuit soustracteur (38) des signaux représentatifs du seuil de réglage de la régulation de la borne d'entrée (39), valeur à laquelle le circuit soustracteur (38) soustrait la valeur instantanée ou moyenne de la tension de la source transmise à la borne d'entrée (40), puis un 30 circuit correcteur (41) qui comporte un générateur de trains d'impulsions de commande pour un moyen de commutation (25 ou 26).21 - Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que le générateur de trains d'impulsions est doté de moyens pour déterminer la fréquence, le rapport cyclique, l'amplitude et la forme d'onde du train d'impulsion. 22 -Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que le circuit correcteur (41) comporte un moyen pour faire varier son rapport cyclique. 23 - Dispositif selon l'une des revendications 18 à 22, caractérisé en ce que le contrôleur (29) est équipé d'un circuit de io calibrage de la tension de référence qui produit un arrêt à intervalles réguliers d'un moyen de commutation (25) pour mettre à jour la tension de référence appliquée à la borne (39). 24 - Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que le circuit de calibrage comporte aussi un moyen pour produire is un arrêt des commutations du transistor MOS (25) après une phase de réduction progressive de la durée de conduction jusqu'à son annulation. 25 - Dispositif selon la revendication 23 ou 24, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de température, le contrôleur (CO) 20 coopérant avec un circuit de calcul de la tension de référence Vo/2 directement déduite de la température au moyen d'une fonction de conversion de la température en une tension de référence de la forme Vo/2. 26 - Dispositif selon l'une des revendications 18 à 24, 25 caractérisé en ce que, pour la seconde source d'énergie électrique à cellules solaires, un capteur de température et/ou un capteur d'ensoleillement sont mis en oeuvre pour corriger la tension de référence VO-e au moyen d'un circuit de calibrage de la tension de référence de régulation de la seconde source. 30 27 - Dispositif selon la revendication 26, caractérisé en ce que le circuit de calibrage de la tension de référence de la régulation de la seconde source à cellules photovoltaïques(12) comporte une mémoire (44) à entrée unique indexée sur la valeur représentative d'une mesure de la température (43), en ce que le circuit de calibrage de la tension de référence de la régulation de la seconde source à cellules photovoltaïques (12) comporte une mémoire (44) à entrée unique indexée sur la valeur représentative d'une mesure de l'ensoleillement (45), et en ce que le circuit de calibrage de la tension de référence de la régulation de la seconde source à cellules photovoltaïques (12) comporte une mémoire à deux entrées io indexées respectivement sur la valeur représentative d'une mesure de la température (43) et sur la valeur représentative d'une mesure de l'ensoleillement (45). 28 - Dispositif selon la revendication 27, caractérisé en ce que la mémoire (44) produit une valeur de décalage E de la is tension de référence (VO) et ladite valeur de décalage est produite à l'entrée négative d'un soustracteur (48) dont l'entrée positive est connectée à un circuit (47) générateur de la tension (VO) caractéristique de la puissance maximale du générateur à cellules photovoltaïques (12), le circuit (47) générateur de la 20 tension (VO) caractéristique de la puissance maximale du générateur à cellules photovoltaïques (12) coopérant avec un moyen de commutation ou de branchement de cellules photovoltaïques, de sorte que le courant et la tension délivrées par le générateur photovoltaïque fonctionne dans des 25 caractéristiques désirées.