FR2896744A1 - Dispositif d'alimentation electrique pour organe automobile de forte puissance - Google Patents

Abstract

- Le dispositif est destiné à un réseau de bord électrique de véhicule comprenant une source d'énergie électrique principale et au moins un organe électrique de forte puissance activé pendant de courtes périodes de temps.- Il comporte un élément de stockage d'énergie électrique rechargeable (11), un moyen (12, 13,) pour passer d'un premier état, dans lequel l'organe de forte puissance est alimenté directement par le réseau de bord et l'élément de stockage d'énergie électrique (11) peut être rechargé par la source d'énergie électrique principale, à un second état dans lequel pendant lesdites courtes périodes de temps l'organe de forte puissance est alimenté par l'élément de stockage d'énergie électrique rechargeable (11) avec une puissance supérieure à celle délivrée dans le premier état.- Véhicules automobiles. Réseaux électriques de bord des véhicules automobiles.

Description

DISPOSITIF D'ALIMENTATION ELECTRIQUE POUR ORGANE AUTOMOBILE DE FORTE

PUISSANCE. La présente invention concerne un dispositif d'alimentation électrique pour organe automobile de forte puissance.

Le réseau de bord d'un véhicule automobile se compose, de manière générale, d'une source d'énergie électrique (alternateur), d'un élément de stockage de l'énergie électrique (batterie), de différents organes électriques branchés sur le réseau et de faisceaux qui font le lien entre tous ces éléments.

Il y a une tendance à l'augmentation de la puissance électrique des réseaux de bord. Elle s'explique par l'augmentation du nombre d'accessoires de confort, l'électrification de certaines fonctions liées au moteur (pompes, distribution) ou à la dépollution (préchauffage catalyseur), l'électrification de certaines fonctions liées au confort (climatisation), à la dynamique (suspension, par exemple) ou à la communication. En particulier, les systèmes automobiles innovants ajoutent aux réseaux de bord des organes électriques de forte puissance, en réponse aux problèmes mécaniques traitant de la liaison au sol et de la stabilité du véhicule automobile (direction, suspension, frein). C'est le cas, par exemple, des systèmes dits X-by-wire , qui remplacent les traditionnelles liaisons mécaniques ou hydrauliques entre les commandes du conducteur et les mécanismes de direction et de freinage par divers actionneurs électromécaniques, des émulateurs de braquage des pédales et du volant, et un réseau distribué de modules de commande électriques.

Lors de certaines phases de fonctionnement, par exemple en butée au braquage pour une direction assistée électronique, ces organes électriques de forte puissance atteignent les limites de ce que peut fournir le réseau de bord. Il en résulte une dégradation de la prestation de l'organe électrique et une surcharge en puissance du réseau de bord. Différentes solutions ont été apportées pour intervenir sur le réseau de bord. Selon la demande de brevet français n 2 784 517, au nom de la société DAIMLER CHRYSLER, on connaît un circuit d'alimentation en énergie pour un réseau de bord de véhicule automobile, qui présente deux branches d'alimentation en courant ayant des niveaux de tension différents. La première branche d'alimentation est alimentée à travers un convertisseur continu - continu par la seconde branche d'alimentation, laquelle est alimentée par un alternateur. Au moins une branche d'alimentation est assistée par un accumulateur d'énergie formant tampon qui lui est coordonné. Toutefois, l'objet de cette demande de brevet ne propose pas de fonctionnement en suralimentation pour un organe de forte puissance, ni d'alimentation de secours. De plus, il ne prend pas en compte la qualité de la tension qui est dégradée lorsqu'on rajoute un organe de forte puissance. On connaît également, selon la publication de demande de brevet français n 2 729 901, au nom de la société VALEO Equipements, une unité de gestion d'énergie pour réseau électrique de véhicule automobile destinée à être associée à un réseau électrique comprenant un alternateur, une première partie de réseau avec une première batterie et une ou plusieurs charges à consommation de courant élevée pendant de courtes périodes, une deuxième partie de réseau avec une ou plusieurs charges nécessaires au fonctionnement du moteur tant pendant une phase de démarrage qu'une phase de fonctionnement, une troisième partie de réseau avec une deuxième batterie et une ou plusieurs charges à consommation de courant modérée, et des moyens de commutation commandés aptes à sélectivement relier ensemble les première et troisième parties de réseau et à sélectivement relier la deuxième partie de réseau soit à la troisième partie de réseau, soit à la première partie de réseau. Toutefois, l'objet de cette demande de brevet est limité à un type de réseau, et sa conception relativement complexe remettrait en cause l'architecture automobile actuelle. Ensuite, une telle unité de gestion ne comprend que des interrupteurs électroniques (diodes, interrupteurs statiques) et électromécaniques, ainsi que leur commande. Il n'apparaît pas de convertisseur de puissance qui permettrait d'assumer des fonctions de régulation de la tension ou du courant transitant à travers l'unité. De plus, dans cette unité de gestion, certaines fonctions sont coupées lors du mode moteur thermique non opérationnel . Le brevet européen n EP 0 533 037, au nom de la société MAGNETI MARELLI S.p.a., décrit un système électrique qui comprend au moins un dispositif utilisateur auxiliaire dont la mise en fonction nécessite une puissance électrique élevée pendant une période de temps relativement courte. Le système comprend une batterie rechargeable, un alternateur, un supercondensateur, des circuits de commande, une unité de commande électronique, un capteur électrique de température, un indicateur. L'unité de commande électronique sert à mettre en fonction l'indicateur et à ne permettre la connexion du supercondensateur au dispositif utilisateur (gros consommateur d'énergie) que lorsque la charge dans le condensateur est supérieure à une valeur prédéterminée et lorsque la température détectée par le capteur est à une valeur prédéterminée. Ce système présente l'inconvénient de ne pas comporter de surveillance de la qualité du réseau de bord lors de l'activation de l'organe de forte puissance et de la recharge du supercondensateur. Il ne présente pas non plus de moyen de suralimentation temporaire en puissance de l'organe de forte puissance pendant des phases critiques de fonctionnement. De plus, le gros consommateur d'énergie, dans ce système de l'art antérieur, est un dispositif de chauffage, par conséquent un composant purement résistif, et ne peut pas être de nature différente souhaitée, comme par exemple un moteur électrique. Le but de la présente invention est d'obvier aux inconvénients précités en réalisant un nouveau dispositif d'alimentation électrique pour organe automobile de forte puissance, qui permette de fournir une suralimentation temporaire aux organes de forte puissance dans certaines phases de vie au cours desquelles la consommation d'énergie peut être très élevée, en particulier aux organes de type liaison au sol qui sont contraints dans certaines phases de leur fonctionnement de délivrer une puissance mécanique très importante. Un autre but de la présente invention est de réaliser un nouveau dispositif d'alimentation électrique pour organe automobile de forte puissance, qui permette d'assurer une alimentation de secours pour les organes de forte puissance dans le cas d'une défaillance de l'alimentation principale. C'est également un but de la présente invention de réaliser un nouveau dispositif d'alimentation électrique pour organe automobile de forte puissance, qui permette d'assurer la qualité de tension du réseau de bord lors de l'activation d'un organe de forte puissance, ainsi que pendant la charge et la recharge de l'élément de stockage d'énergie électrique rechargeable secondaire. Encore un autre but de la présente invention est de réaliser un nouveau dispositif d'alimentation électrique pour organe automobile de forte puissance, qui soit simple, fiable et qui puisse être installé sur des véhicules automobiles sans remettre en cause l'architecture desdits véhicules automobiles. Pour atteindre ces buts, la présente invention fournit un nouveau dispositif d'alimentation électrique destiné à un réseau de bord électrique de véhicule comprenant une source d'énergie électrique (source d'énergie électrique principale) et au moins un organe électrique de forte puissance activé pendant de courtes périodes de temps. Ce nouveau dispositif comporte un élément de stockage d'énergie électrique rechargeable, un moyen pour passer d'un premier état dans lequel l'organe de forte puissance est alimenté directement par le réseau de bord et l'élément de stockage d'énergie électrique peut être rechargé par la source d'énergie électrique principale, à un second état dans lequel pendant lesdites courtes périodes de temps l'organe de forte puissance est alimenté par l'élément de stockage d'énergie électrique rechargeable avec une puissance supérieure à celle délivrée dans le premier état.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le moyen pour passer du premier état au second état comporte un commutateur à deux positions : une première position dans laquelle l'organe de forte puissance est alimenté par le réseau de bord et une seconde position dans laquelle l'organe de forte puissance est alimenté par l'élément de stockage d'énergie électrique, et un moyen pour élever la tension délivrée à l'organe de forte puissance dans ladite seconde position. Ce moyen pour élever la tension délivrée à l'organe de forte puissance pendant lesdites courtes périodes de temps est un moyen de calibrage de l'élément de stockage d'énergie électrique rechargeable à une valeur de tension de calibre supérieure à celle du réseau, de manière à ce que le dispositif selon la présente invention puisse alimenter l'organe de forte puissance à une tension supérieure à celle du réseau de bord pendant lesdites courtes périodes de temps. De préférence, le dispositif d'alimentation électrique selon l'invention comprend, de plus, un moyen de régulation de la tension du réseau de bord, en particulier au cours de la recharge de l'élément de stockage d'énergie électrique rechargeable. Selon l'invention, il est prévu un bloc de commande qui commande les instants de passage d'un état à l'autre. De manière préférentielle, le moyen élévateur de tension pour calibrer ledit élément de stockage d'énergie électrique rechargeable à une valeur de tension de calibre supérieure à celle du réseau est un convertisseur DC/DC.

Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le moyen pour passer du premier état au second état comporte un interrupteur avec une position de fermeture correspondant au premier état et une position d'ouverture correspondant au second état, et un moyen pour bloquer l'alimentation de l'organe de forte puissance par l'élément de stockage d'énergie électrique lorsque l'interrupteur est en position de fermeture. De préférence, ce moyen pour bloquer l'alimentation par l'élément de stockage d'énergie électrique dans la position de fermeture de 10 l'interrupteur est une diode. Toujours selon ce deuxième mode de réalisation de l'invention, il est prévu un limiteur de courant en série avec l'organe de forte puissance qui empêche une surcharge du réseau de bord et régule le courant demandé par l'élément de stockage d'énergie électrique 15 lors de sa charge et de sa décharge. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, le limiteur de courant est dédié uniquement à l'élément de stockage d'énergie électrique, et régule le courant demandé par l'élément de stockage d'énergie électrique lors de sa charge et de sa décharge. 20 Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, la charge et la décharge de l'élément de stockage d'énergie électrique rechargeable sont gérées par deux convertisseurs DC/DC : un convertisseur DC/DC élévateur de tension et un convertisseur DC/DC abaisseur de tension, ledit convertisseur DC/DC abaisseur 25 permettant également de commander le moyen pour bloquer l'alimentation de l'organe de forte puissance par l'élément de stockage d'énergie électrique lorsque l'interrupteur est en position de fermeture. Selon un cinquième mode de réalisation de l'invention, le moyen pour passer du premier état au second état est constitué par le bloc de commande, lequel génère les ordres de commutation à deux convertisseurs DC/DC en ligne avec l'organe de forte puissance : un convertisseur DC/DC élévateur de tension et un convertisseur DC/DC abaisseur de tension, situés de part et d'autre de l'élément de stockage d'énergie électrique rechargeable.

Selon un sixième mode de réalisation de l'invention, le moyen pour passer du premier état au second état est constitué par le bloc de commande, lequel génère les ordres de commutation à un convertisseur DC/DC abaisseur/élévateur de tension (convertisseur DC/DC Buck-Boost ) monté en série avec l'élément de stockage d'énergie électrique, et par un moyen de blocage du courant électrique en direction du réseau de bord pendant les périodes de courtes durées du second état. De préférence, le moyen de blocage du courant électrique en direction du réseau de bord pendant les périodes de courtes durées 20 du second état est un limiteur de courant. En variante et constituant un septième mode de réalisation de l'invention, le moyen de blocage du courant électrique en direction du réseau de bord pendant les périodes de courtes durées du second état est une diode. 25 De manière générale, quelque soit le mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'alimentation électrique selon la présente invention est inséré dans le réseau de bord électrique en série et au plus près de l'organe de forte puissance. Et quelque soit le mode de réalisation de l'invention également, l'élément de stockage d' énergie électrique rechargeable constitue une alimentation de secours dudit organe de forte puissance en cas de défaillance du réseau de bord. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'exemples de réalisation de l'invention, non limitatifs de la portée de la présente invention, et accompagnée des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement les composants d'un réseau de bord classique d'un véhicule, avec un organe de forte puissance, - la figure 2 représente schématiquement le réseau de bord automobile de la figure 1, dans lequel est inséré un dispositif d'alimentation électrique pour l'organe automobile de forte puissance, - la figure 3 représente schématiquement un premier mode de réalisation du dispositif d'alimentation électrique pour organe 20 automobile de forte puissance, selon la présente invention, - la figure 4 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation du dispositif d'alimentation électrique pour organe automobile de forte puissance, selon la présente invention, - la figure 5 représente schématiquement un troisième mode de 25 réalisation du dispositif d'alimentation électrique pour organe automobile de forte puissance, selon la présente invention, - la figure 6 représente schématiquement un quatrième mode de réalisation du dispositif d'alimentation électrique pour organe automobile de forte puissance, selon la présente invention, - la figure 7 représente schématiquement un cinquième mode de 5 réalisation du dispositif d'alimentation électrique pour organe automobile de forte puissance, selon la présente invention, -la figure 8 représente schématiquement un sixième mode de réalisation du dispositif d'alimentation électrique pour organe automobile de forte puissance, selon la présente invention, et 10 - la figure 9 représente schématiquement un septième mode de réalisation du dispositif d'alimentation électrique pour organe automobile de forte puissance, selon la présente invention. Sur le schéma de la figure 1, on a représenté un réseau de bord automobile de type conventionnel. Il comporte, de manière 15 générale, une source d'énergie ou source de génération de tension et de courant (alternateur) désignée par la référence 1, un élément de stockage d'énergie qui peut être une batterie 2, et un certain nombre d'organes électriques (feux, écrans de tableau de bord, climatisation, etc.) et de faisceaux électriques qui assurent les 20 liaisons entre tous ces éléments. On peut classer tous les organes électriques en deux catégories : d'une part, les organes électriques dits sensibles , référencés 3, en nombre n sur la figure 1, dont le fonctionnement est sensible aux variations de la tension de réseau de bord, et d'autre part, les organes électriques de forte puissance, 25 dont l'un est représenté schématiquement en 4, qui sont des organes électriques perturbateurs et génèrent des perturbations sur le réseau, comme indiqué précédemment.

La présente invention réalise un dispositif d'alimentation électrique destiné à l'organe automobile de forte puissance 4 de la figure 1. Comme on peut le voir sur le schéma de la figure 2, ce nouveau dispositif, de référence générale D, associé à un bloc de commande E dont les fonctions seront également décrites ci-après, s'insère dans l'architecture illustrée par le schéma de la figure 1, en série avec - et au plus près de -l'organe de forte puissance 4. Les mêmes références numériques désignent les composants de la figure 2 identiques à ceux de la figure 1.

Comme déjà exposé précédemment, le nouveau dispositif d'alimentation D permet d'assurer trois fonctions : - il fournit une suralimentation temporaire en puissance à l'organe électrique de forte puissance 4. Ainsi, le dispositif d'alimentation D fournit aux bornes de l'organe 4 une puissance électrique P2 et une tension U2 supérieures à celles de son fonctionnement nominal, tout en restant dans des limites acceptables par l'organe 4. Ce boost de puissance temporaire (de l'ordre de quelques secondes) autorise ainsi l'organe de forte puissance 4 à passer les points durs de fonctionnement et maintient un niveau de prestation et de performances optimal. - il alimente électriquement l'organe de forte puissance 4, même en cas de perte de l'alimentation principale ; il devient, de cette façon, une alimentation de secours dédiée. Une commande du dispositif d'alimentation D détecte toute défaillance de la source d'alimentation primaire, applique alors un niveau de tension et de puissance suffisant pour assurer une prestation minimale à l'organe 4 et remplir une fonction sécuritaire, par un freinage ou un évitement, par exemple. - il assure le respect de la qualité de la tension du réseau de bord à tout moment lors du fonctionnement, et plus particulièrement lors de la recharge de l'élément de stockage d'énergie. Le dispositif d'alimentation D évalue et régule la dynamique et l'amplitude maximales du courant de recharge acceptable par le réseau de bord. De cette façon, le dispositif D impose une tension du réseau de bord U i stable et un courant délivré par le réseau de bord I1 dans la limite de la capacité du réseau avec des dynamiques et des amplitudes faibles.

Pour chaque fonction remplie par l'invention, on peut noter ce qui suit : En fonctionnement normal : P2=Pi U2 = Ui En augmentation de puissance :

P2 > Pi U2 >Ui U2 est réglable En alimentation de secours sur organe sécuritaire : P2> 0 Qualité de tension assurée sur le réseau de bord : U1 = 14V dI i / dt faible et I i max limité La figure 3 représente schématiquement un premier mode de réalisation du dispositif d'alimentation électrique référencé DI pour organe automobile de forte puissance 4, selon la présente invention. Le dispositif D1 comprend un convertisseur DC/DC référencé 10, également appelé Boost , un élément de stockage 11, qui peut être un supercondensateur ou une batterie, par exemple, et un commutateur 12 à deux positions. En fonctionnement normal, le commutateur 12 est en position A. Le courant électrique qui alimente l'actionneur est donc celui provenant du réseau de bord (I1 = I2) et la tension est identique (U2 = Ui).

Lorsque la demande d'énergie électrique est grande, par exemple lors d'un effort mécanique important demandé à l'organe 4, le commutateur 12 commute en position B. C'est alors l'élément de stockage 11 qui fournit la puissance nécessaire au fonctionnement de l'organe de forte puissance 4. Cet organe de forte puissance 4 est calibré à une tension Us, supérieure à celle du réseau de bord U1. Il perçoit une tension supérieure à ses bornes (U2 = Us > Ui) et est, par conséquent, alimenté de manière transitoire par une source plus puissante. Lorsque l'élément de stockage 11 est déchargé, le convertisseur DC/DC 10, élévateur de tension (U1> Us), le recharge à sa tension de calibre Us.

Si une défaillance du réseau de bord survient, le commutateur bascule en position B et l'élément de stockage 11 assure une alimentation de secours de l'organe de forte puissance 4 pendant un certain temps.

Lors de la recharge de l'élément de stockage 11, le dispositif d'alimentation DI est commandé de telle sorte qu'il ne perturbe pas le réseau de bord en limitant la puissance demandée (I1 max et dIl/dt faibles). Les instants de commutation du commutateur 12 et des éléments constituants le convertisseur 10 sont pilotés par le bloc de commande 13. Le bloc de commande 13 prend en compte les tensions et intensités de courant en aval et en amont afin de recharger correctement l'élément de stockage sans perturber le réseau de bord.

La figure 4 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation du dispositif d'alimentation électrique D, référencé D2, pour organe automobile de forte puissance 4, selon la présente invention. Le dispositif D2, comprend un convertisseur DC/DC référencé 20, un élément de stockage 21, qui peut être un supercondensateur ou une batterie, un interrupteur 22, un limiteur de courant 24 destiné à réguler la dynamique et l'amplitude maximales du courant tout en empêchant un courant inverse vers le réseau de bord. Le dispositif D2 comporte également, outre un bloc de commande 23 similaire au bloc de commande 13 du dispositif précédent, une diode 25 qui est une diode passante quand la tension sur son anode est supérieure à celle sur sa cathode. La diode 25 joue ainsi le rôle de commutateur à allumage ou extinction naturelle. En fonctionnement normal de l'organe de forte puissance 4, l'interrupteur 22 est en position fermée et le convertisseur DC/DC 20 ne fonctionne pas. Si on fait l'hypothèse que l'élément de stockage d'énergie électrique 21 (supercondensateur ou batterie) est chargé, le courant d'entrée est égal à celui de sortie (I1 = I2). Le limiteur de courant 24 laisse passer un courant acceptable pour l'organe de forte puissance 4 sans pénaliser le réseau de bord.

En cas de demande de puissance supplémentaire, l'interrupteur 22 bascule en position d'ouverture, la tension aux bornes de la diode 25 devient positive, et la diode 25 est alors passante. Ainsi, la puissance électrique provient exclusivement de l'élément de stockage d'énergie électrique 21, et elle est régulée grâce au convertisseur DC/DC 20 situé en parallèle aux côtés de l'élément de stockage 21. Une alimentation de secours est possible lorsque l'alimentation principale et défaillante. L'élément de stockage d'énergie électrique 21 assure dans ce cas l'alimentation de l'organe de forte puissance 4 et devient, par conséquent, une alimentation de secours. C'est le limiteur de courant 24 qui assure la qualité de tension du réseau de bord. Lorsque le dispositif de stockage d'énergie 21 est déchargé et l'interrupteur 22 en position de fermeture, un courant de charge est demandé au réseau de bord. Le limiteur de courant 24, placé en tête de circuit, régule ce courant de charge tout en alimentant l'organe de forte puissance 4, et évite ainsi de surcharger le réseau de bord.

La figure 5 représente schématiquement un troisième mode de réalisation du dispositif d'alimentation électrique D, référencé D3, pour organe automobile de forte puissance, selon la présente invention, Dans ce dispositif D3, les composants sont les mêmes que ceux du dispositif D2 précédent. Les références des composants du dispositif D3 sont celles du dispositif D2 augmentées de 10. Toutefois une différence entre les dispositifs D2 et D3 réside dans le fait que le limiteur de courant 34 du dispositif D3 est dédié uniquement à l'élément de stockage d'énergie électrique 31 et non au dispositif complet comme c'était le cas pour le limiteur de courant 24. Par conséquent, le limiteur de courant 34 est moins puissant que le limiteur de courant 24 du dispositif D2 de la figure 4. En effet, le courant qui transite dans le limiteur de courant 34 est moins important, car il ne voit que le courant destiné à la recharge (courant de quelques ampères) et non le courant destiné à l'organe de forte puissance 4. En fonctionnement normal et en cas de demande de puissance supplémentaire, le fonctionnement de dispositif D3 est identique au 20 fonctionnement du dispositif D2 précédent. Lorsque l'alimentation principale est défaillante, l'interrupteur 32 s'ouvre et découple alors l'alimentation secondaire de secours du reste du réseau. L'élément de stockage d'énergie 31 assure dans ce cas l'alimentation de l'organe de forte puissance 4 et le 25 convertisseur DC/DC 30 régule la puissance délivrée.

Le limiteur de courant 34 ne régule que le courant demandé par l'élément de stockage d'énergie 31 et assure également une qualité du réseau lors de la recharge dudit élément de stockage 31. La figure 6 représente schématiquement un quatrième mode de réalisation du dispositif d'alimentation électrique D, référencé D4, pour organe automobile de forte puissance, selon la présente invention, La charge et la décharge de l'élément de stockage d'énergie 41 sont gérées par deux convertisseurs DC/DC 40 et 46 : un premier convertisseur DC/DC 40 (convertisseur DC/DC Boost ) qui élève la tension de 14 volts à la tension de calibre des supercondensateurs 41 (Us >14 V) et un second convertisseur DC/DC 46 (convertisseur DC/DC Buck ) qui abaisse la tension à celle appliquée aux bornes de l'organe 4. Le premier convertisseur 40 permet de disposer d'une énergie plus grande que celle disponible sous 14 volts, tandis que le second convertisseur régule la tension à appliquer aux bornes de l'organe 4. En fonctionnement normal, l'interrupteur 42 est fermé. Le convertisseur DC/DC 46 (abaisseur) règle une tension de sortie inférieure à celle du réseau. La diode 45 est bloquée et l'alimentation principale de l'organe de forte puissance 4 est assurée par le réseau de bord. Le convertisseur DC/DC 40 (élévateur) régule la charge du supercondensateur 41 si nécessaire. Lorsqu'une puissance supérieure est demandée, l'interrupteur 42 s'ouvre, la diode 45 devient passante, et les deux convertisseurs, 40 et 46, fonctionnent ensemble pour générer une puissance nécessaire au fonctionnement optimal de l'organe de forte puissance 4 et recharger l'élément de stockage d'énergie 41. Lorsque l'alimentation principale est défaillante, le dispositif D4 fonctionne de la même façon que le dispositif D3.

Comme pour le dispositif D3, seulement la décharge est régulée. Donc, pendant cette phase, le réseau de bord n'est pas affecté par le courant de charge de l'élément de stockage d'énergie 41. La figure 7 représente schématiquement un cinquième mode de réalisation du dispositif d'alimentation électrique D, référencé D5.

L'architecture de ce dispositif D5 est simplifiée par rapport à celle du dispositif D4 précédent. Il n'y a plus d'interrupteur ni de diode. Le fonctionnement est différent parce que les convertisseurs DC/DC, 50 (élévateur) et 56 (abaisseur), sont traversés par toute la puissance de l'organe de forte puissance 4 sur lequel ils sont connectés. En fonctionnement normal, la puissance délivrée à l'organe de forte puissance 4 est identique à celle demandée au réseau. Seul le niveau de tension au niveau de l'élément de stockage d'énergie 51 est différent, puisqu'il est supérieur à celui du réseau. L'élément de stockage d'énergie 51 est maintenu à un niveau de charge maximal. Lorsqu'une puissance supérieure est demandée, l'étage tampon, constitué par l'élément de stockage d'énergie 51, une batterie ou un supercondensateur, génère la puissancesupplémentaire. La tension U2 est élevée. Le bloc de commande 53 génère les ordres de commutation des convertisseurs 50 et 56.

Lors d'une défaillance effective de l'alimentation principale, l'élément de stockage d'énergie 51 prend le relais et permet d'alimenter l'organe de forte puissance 4 par l'intermédiaire du convertisseur DC/DC abaisseur 56.

La recharge de la batterie secondaire est régulée par le convertisseur DC/DC élévateur 50 dans le but de ne pas générer de forts appels de courant et, par conséquent, de na pas perturber le réseau en amont. La figure 8 représente schématiquement un sixième mode de 10 réalisation du dispositif d'alimentation électrique D, de référence générale D6. Le dispositif D6 ne comporte qu'un seul convertisseur DC/DC, mais il s'agit d'un convertisseur abaisseur/élévateur (convertisseur DC/DC Boost-Buck ) de référence 67, qui possède donc les deux 15 fonctions d'abaisser et d'élever la tension, et ce de manière réversible. Lorsqu'il est utilisé pour recharger l'élément de stockage d'énergie 61, le convertisseur à double fonction 67 fonctionne en convertisseur élévateur de tension. En décharge de l'élément de stockage d'énergie 61, le convertisseur à double fonction 67 20 fonctionne en convertisseur abaisseur de la tension. Le limiteur de courant 64 joue le rôle d'un interrupteur et d'un régulateur du courant d'appel de l'organe de forte puissance 4. En fonctionnement normal, la puissance délivrée à l'organe de forte puissance 4 transite par le limiteur de courant 64. Aucune 25 limitation n'est effective pour ce fonctionnement. L'élément de stockage d'énergie 61 étant considéré rechargé, le courant d'appel de ce dernier est quasiment nul. Par conséquent, la puissance en entrée du dispositif est égale à celle en sortie. Lorsque survient un besoin de puissance supplémentaire, l'élément de stockage d'énergie 61 est déchargé dans l'organe de forte puissance 4 et permet ainsi de fournir une puissance plus importante tout en étant régulée par le convertisseur DC/DC 67 fonctionnant en mode abaisseur. Le limiteur de courant 64 se bloque et empêche ainsi le courant de se propager dans le reste du réseau de bord.

En cas de rupture de l'alimentation principale, l'élément de stockage d'énergie 61 prend le relais et permet d'alimenter l'organe de forte puissance 4 par l'intermédiaire du convertisseur DC/DC 67 fonctionnant en abaisseur de tension. La recharge de la batterie secondaire est régulée par le convertisseur DC/DC 67 fonctionnant en convertisseur élévateur de tension dans le but de na pas générer de forts appels de courant et, par conséquent, ne pas perturber le réseau de bord amont. La figure 9 représente schématiquement un septième mode de réalisation du dispositif d'alimentation électrique D, de référence 20 générale D7. Le dispositif D7 est identique au dispositif D6, à l'exception du fait que le limiteur de courant 64 du dispositif D6 a été remplacé dans le dispositif D7 par une diode 75. Le courant n'est plus contrôlé mais uniquement commuté de façon 25 naturelle. La diode 75 se bloque quand la tension à sa cathode est supérieure à celle à son anode.

En fonctionnement normal, la puissance délivrée à l'organe de forte puissance 4 transite par la diode 75. Cette diode doit donc être dimensionnée en conséquence. Aucune limitation de courant n'est effective pour ce fonctionnement. L'élément de stockage d'énergie 71 étant rechargé, le courant d'appel de ce dernier est quasiment nul. Par conséquent, la puissance en entrée du dispositif est égale à celle en sortie. Lorsque survient un besoin de puissance supplémentaire, l'élément de stockage d'énergie 71 est déchargé dans l'organe de forte puissance 4 et permet ainsi de fournir une puissance plus importante tout en étant régulée par le convertisseur DC/DC 77 fonctionnant en mode abaisseur. La diode 75 se bloque parce que la tension à sa cathode est supérieure à la tension à son anode. Ainsi, la diode 75 empêche le courant de se propager dans le reste du réseau de bord et découple le réseau de bord de l'organe de forte puissance 4. En cas de rupture de l'alimentation principale, l'élément de stockage d'énergie 71 prend le relais et permet d'alimenter l'organe de forte puissance 4 par l'intermédiaire du convertisseur DC/DC 77 fonctionnant en abaisseur de tension. La recharge de la batterie secondaire est régulée par le convertisseur DC/DC 77 fonctionnant en convertisseur élévateur de tension dans le but de na pas générer de forts appels de courant et, par conséquent, ne pas perturber le réseau de bord amont.

Toutes les versions D 1 à D7 du dispositif d'alimentation électrique décrites ci-dessus permettent d'assurer trois fonctions essentielles pour les performances d'un organe électrique automobile de forte puissance et la qualité de tension du réseau de bord sur lequel cet organe est connecté : - une fonction de suralimentation en puissance dans certaines phases de vie de l'organe de forte puissance où la puissance disponible sur le réseau de bord est inférieure aux besoins dudit organe, - une fonction d'alimentation de secours dans des situations d'urgence, en cas de défaillance du système principal d'alimentation, par exemple, et - une fonction de garantie d'une qualité de tension du réseau de bord lors du fonctionnement du dispositif de l'invention.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'alimentation électrique destiné à un réseau de bord électrique de véhicule comprenant une source d'énergie électrique principale et au moins un organe électrique de forte puissance (4) activé pendant de courtes périodes de temps, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de stockage d'énergie électrique rechargeable ( 1 1 ; 2 1 ;31 ;41 ; 51 ; 61 ; 71) un moyen pour passer d'un premier état dans lequel l'organe de forte puissance est alimenté directement par le réseau de bord et l'élément de stockage d'énergie électrique peut être rechargé par la source d'énergie électrique principale, à un second état dans lequel pendant lesdites courtes périodes de temps l'organe de forte puissance (4) est alimenté par l'élément de stockage d'énergie électrique rechargeable (11 ; 21 ; 31 ; 41 ; 51 ; 61 ; 71) avec une puissance (P2) supérieure à celle (P1) délivrée dans le premier état.

2. Dispositif d'alimentation électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen pour passer du premier état au second état est un commutateur à deux positions (12): une première position dans laquelle l'organe de forte puissance (4) est alimenté par le réseau de bord et une seconde position dans laquelle l'organe de forte puissance (4) est alimenté par l'élément de stockage d'énergie électrique (11), et un moyen pour élever la tension (10) délivrée à l'organe de forte puissance dans ladite seconde position.

3. Dispositif d'alimentation électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen pour élever la tension (10) délivrée à l'organe de forte puissance (4) pendant lesdites courtes périodes de temps est un moyen de calibrage de l'élément de stockage d' énergie électrique (11) rechargeable à une valeur de tension de calibre (Us) supérieure à celle du réseau, de manière à ce que ledit dispositif alimente ledit organe de forte puissance (4) à une tension (U2) supérieure à celle (Ui) du réseau de bord pendant lesdites courtes durées.

4. Dispositif d'alimentation électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, de plus, un moyen de régulation de la tension du réseau de bord, en particulier au cours de la recharge de l'élément de stockage d' énergie électrique rechargeable.

5. Dispositif d'alimentation électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un bloc de commande (13 ; 23 ; 33 ; 43 ; 53 ; 63 73) qui commande les instants de passage d'un état à l'autre.

6. Dispositif d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le moyen élévateur de tension (10 ; 20 ; 30) pour calibrer ledit élément de stockage d'énergie électrique rechargeable à une valeur de tension de calibre (Us) supérieure à celle du réseau est un convertisseur DC/DC (10 ; 20 ; 30).

7. Dispositif d'alimentation électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de régulation de la tension dudit réseau de bord, en particulier au cours de la recharge de l'élémentde stockage d'énergie électrique rechargeable, est un limiteur de courant (24 ; 34 ; 64).

8. Dispositif d'alimentation électrique selon la revendication 1, caractérisé en qu'il est prévu un moyen pour réguler le courant de 5 recharge de l'élément de stockage d'énergie électrique rechargeable.

9. Dispositif d'alimentation électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen pour passer du premier état au second état comporte un interrupteur (22 ; 32 ; 42) avec une position de fermeture correspondant au premier état et une 10 position d'ouverture correspondant au second état, et un moyen pour bloquer l'alimentation de l'organe de forte puissance (4) par l'élément de stockage d'énergie électrique (21 ; 31 ; 41) lorsque l'interrupteur (22 ; 32 ; 42) est en position de fermeture.

10. Dispositif d'alimentation électrique selon la revendication 9, 15 caractérisé en ce que ledit moyen pour bloquer l'alimentation par l'élément de stockage d'énergie électrique dans la position de fermeture de l'interrupteur est une diode (25 ; 35 ; 45).

11. Dispositif d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications 1, 9 et 10, caractérisé en ce que, de plus, il est 20 prévu un limiteur de courant (24 ; 34) qui régule le courant demandé par l'élément de stockage d'énergie électrique rechargeable (21 ; 31) lors de sa charge et de sa décharge.

12. Dispositif d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la charge et la 25 décharge de l'élément de stockage d'énergie électrique rechargeable (41) sont gérées par deux convertisseurs DC/DC : un convertisseur élévateur de tension (40) et un convertisseur abaisseur de tension(46), ledit convertisseur abaisseur (46) permettant également de commander le moyen pour bloquer l'alimentation de l'organe de forte puissance (4) par l'élément de stockage d'énergie électrique (41) lorsque l'interrupteur (42) est en position de fermeture.

13. Dispositif d'alimentation électrique selon les revendication 1 et 5, caractérisé en ce que le moyen pour passer du premier état au second état est constitué par le bloc de commande (53), lequel génère les ordres de commutation à deux convertisseurs (50 ; 56) en ligne avec l'organe de forte puissance (4): un convertisseur élévateur de tension (50) et un convertisseur abaisseur de tension (56), situés de part et d'autre de l'élément de stockage d'énergie électrique rechargeable (51).

14. Dispositif d'alimentation électrique selon les revendication 1 et 5, caractérisé en ce que le moyen pour passer du premier état au second état est constitué par le bloc de commande (63 ; 73)), lequel génère les ordres de commutation à un convertisseur abaisseur/élévateur de tension (67 ; 77) monté en série avec l'élément de stockage d'énergie électrique (61 ; 71), et par un moyen de blocage du courant électrique en direction du réseau de bord pendant les périodes de courtes périodes de temps du second état.

15. Dispositif d'alimentation électrique selon la 14, caractérisé en ce que le moyen de blocage du courant électrique en direction du réseau de bord pendant les courtes périodes de temps du second état est un limiteur de courant (64).

16. Dispositif d'alimentation électrique selon la 14, caractérisé en ce que le moyen de blocage du courant électrique en direction duréseau de bord pendant les courtes périodes de temps du second état est une diode (75).

17. Dispositif d'alimentation électrique (DI à D7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il est inséré dans le réseau de bord électrique en série et au plus près de l'organe de forte puissance (4).

18. Dispositif d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que ledit élément de stockage d' énergie électrique rechargeable (11 ; 21 ; 31 ; 41 ; 51 ; 61 ; 71) constitue une alimentation de secours dudit organe de forte puissance (4) en cas de défaillance du réseau de bord.