FR2961455A1 - Systeme electrique d'alimentation et de demarrage pour vehicule automobile et procede de gestion de ce systeme - Google Patents
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Abstract
La présente invention propose un système électrique d'alimentation et de démarrage (100) pour véhicule automobile qui présente un réseau électrique de bord (101) à tension variable qui peut être alimenté avec deux tensions continues différentes pour alimenter le véhicule automobile, et un système de moteur-génératrice (110) qui d'une part délivre comme génératrice de l'énergie électrique au réseau électrique de bord (101) du véhicule automobile et qui d'autre part fonctionne pour démarrer le moteur à combustion interne du véhicule automobile. La présente invention propose en outre un procédé de gestion du système électrique d'alimentation et de démarrage pour véhicule automobile.
Description
L'invention concerne un système électrique d'alimentation et de démarrage pour véhicule automobile et un procédé de gestion du système électrique d'alimentation et de démarrage. Depuis un certain temps, on trouve sur le marché un nombre de plus en plus grand de véhicules automobiles à moteur à combustion interne dont le moteur à combustion interne, au lieu d'utiliser un démarreur usuel, est démarré à l'aide d'un système intégré de démarreur et de génératrice, autrement dit, le système de démarreur et de génératrice est utilisé comme moteur de démarrage du moteur à combustion interne en plus d'assurer sa fonction de génératrice. En particulier pour des véhicules à petit moteur à combustion interne (d'une cylindrée de jusqu'environ 2 litres), le démarrage du moteur par un tel système de démarreur et de génératrice est possible avec un réseau de bord à une tension de 12 Volts, et donc un réseau de bord alimenté par une batterie au plomb classique. Des moteurs plus gros nécessitent une tension plus élevée (par exemple de 20 V) pour pouvoir délivrer le couple de rotation nécessaire au démarrage du moteur. Le fascicule de publication du brevet US 6 995 480 B2 décrit un dispositif d'alimentation en courant pour véhicule automobile qui présente un groupe moteur-génératrice, une électronique de commande du groupe moteur-génératrice, une batterie classique et un condensateur à double couche, le condensateur à double couche étant raccordé directement au côté tension continue d'un onduleur et la batterie étant raccordée en parallèle au condensateur à double couche. Lors du démarrage du moteur à combustion interne, l'énergie accumulée dans le condensateur est utilisée pour le démarrage et des commutateurs électriques sont utilisés dans certaines situations pour séparer la batterie du système de moteur-génératrice. Le fascicule de publication du brevet DE 102 53 372 Al décrit un système automatique de démarrage de machines, le système présentant plusieurs batteries. Lors du démarrage d'un moteur à combustion interne de la machine, les batteries sont raccordées en série pour démarrer la machine en amenant une tension série des batteries à une génératrice de démarreur du système de démarrage de la machine. Pendant que la machine tourne, un -2- circuit de commande re-commute les batteries dans un raccordement en parallèle à l'aide d'un relais, pour les recharger. Le fascicule de publication du brevet US 3 463 995 décrit un système d'alimentation en puissance électrique de véhicules dotés d'un moteur à combustion interne, d'un démarreur électrique et d'autres batteries auxiliaires. Le dispositif présente une batterie principale à haute capacité ainsi que d'autres batteries auxiliaires de capacité plus basse. La batterie principale est utilisée conjointement avec les batteries auxiliaires pour démarrer le moteur à combustion interne en recourant à différents raccordements, relais et commutateurs. Un système de démarreur-génératrice pour véhicules automobiles réunit la fonction d'un démarreur et d'une génératrice dans une seule machine électrique. En particulier dans les véhicules hybrides modernes, le rendement du véhicule automobile est augmenté par des démarreurs-génératrices de forte puissance, en renvoyant dans la batterie du véhicule l'énergie électrique récupérée lors du freinage du véhicule automobile hybride, cette énergie électrique pouvant être utilisée ultérieurement. Des véhicules automobiles et des véhicules automobiles hybrides dotés d'un moteur à combustion interne de plus grosse cylindrée nécessitent une tension plus élevée pour alimenter la génératrice lors du démarrage du moteur, pour délivrer le couple de rotation nécessaire. Sur ces véhicules, il faut donc des accumulateurs électriques intermédiaires à plus haute tension. C'est ici que l'on utilise habituellement des condensateurs à double couche et haute capacité. En outre, lorsque le système de démarreur-génératrice fonctionne en génératrice, il faut habituellement travailler à une tension plus élevée pour pouvoir charger les condensateurs à double couche. Cependant, il faut alors utiliser un convertisseur de tension qui convertit en 12 Volts cette tension plus élevée, parce que la tension du réseau de bord des véhicules doit en outre être maintenue à 12 volts pour pouvoir utiliser les composants électriques habituels et économiques. Globalement, pour des véhicules dont le moteur à combustion interne est plus gros, la mise en oeuvre est très importante, se répercute sur le prix et pose des problèmes de rapport coût-bénéfice. La figure 2 représente un organigramme schématique d'un exemple de système électrique d'alimentation pour véhicules automobiles. Dans l'organigramme schématique, un consommateur 12 V 240 du véhicule automobile représente un ou plusieurs consommateurs 12 V du -3- véhicule automobile et est raccordé d'une part à la masse du véhicule automobile et d'autre part au réseau électrique de bord du véhicule automobile. Une batterie au plomb 232 à 12 V est en outre raccordée au réseau électrique de bord du véhicule automobile et est raccordée par son pôle négatif à la masse du véhicule automobile. Comme autre composant du réseau électrique de bord du véhicule automobile, on trouve un convertisseur courant continu/courant continu DC/DC 230 raccordé par son côté basse tension au réseau électrique de bord du système d'alimentation 250. En outre, le convertisseur DC/DC 230 présente sur son côté haute tension un raccordement à un accumulateur d'énergie 220 à haute tension ainsi qu'à un autre consommateur 225 à haute tension. En outre, le côté haute tension du réseau électrique de bord est raccordé au système 210 de démarreur-génératrice. Ce mode de réalisation du système électrique d'alimentation délivre une plus haute tension pour le démarrage du moteur à combustion interne. Dans ce contexte, le problème à la base de l'invention est de former un meilleur système d'alimentation qui simplifie la structure et la gestion d'un réseau électrique de bord doté d'un système de moteur-génératrice.
Pour résoudre ce problème, l'invention propose un système électrique d'alimentation et de démarrage pour véhicule automobile caractérisé en ce qu'il présente une batterie de véhicule conçue pour alimenter un réseau électrique de bord du véhicule automobile en une première tension continue, un système de moteur-génératrice raccordé au réseau électrique de bord et conçu pour d'une part délivrer comme génératrice une deuxième tension continue au réseau électrique de bord du véhicule automobile et d'autre part fonctionner comme moteur de démarreur alimenté en la deuxième tension continue pour démarrer le moteur à combustion interne du véhicule automobile, la deuxième tension continue étant supérieure à la première tension continue, un agencement d'accumulation d'énergie électrique qui est raccordé au réseau électrique de bord du véhicule automobile en parallèle à la batterie du véhicule par l'intermédiaire d'un convertisseur DC/DC asservi et conçu pour délivrer la première et la deuxième tension continue au réseau électrique de bord du véhicule automobile et pour être chargé à la deuxième tension continue qui peut être délivrée par le système de moteur-génératrice et/ou à la première tension continue qui peut être délivrée par la batterie du véhicule. -4- Pour résoudre le problème, l'invention propose en outre un procédé de gestion du système d'alimentation et de démarrage selon l'invention, le procédé étant caractérisé en ce qu'il présente les étapes qui consistent à : alimenter le réseau électrique de bord d'un véhicule automobile en la première tension continue pendant un premier état de fonctionnement et alimenter le réseau électrique de bord du véhicule automobile en la deuxième tension continue pendant un deuxième état de fonctionnement. Le but de la solution selon l'invention consiste à compenser la chute de tension dans le réseau électrique de bord du véhicule automobile lors du démarrage du moteur à combustion interne du véhicule automobile. Les avantages ainsi obtenus résident principalement d'une part en ce que l'on peut supprimer des commutateurs de séparation du réseau de bord vis-à-vis du système de moteur-génératrice alimenté en une tension plus élevée.
Cela permet une réalisation économique. D'autre part, un raccordement direct entre le réseau électrique de bord du véhicule automobile et le système de moteur-génératrice est conçu sans interposition d'un convertisseur DC/DC. Cela minimise les pertes électriques qui surviennent. Des configurations et des développements avantageux de l'invention ressortent de la description donnée en référence aux dessins. Dans un autre développement préféré du système électrique d'alimentation et de démarrage, l'agencement d'accumulation d'énergie électrique est conçu de telle sorte que l'énergie électrique obtenue par récupération sur le système de moteur-génératrice puisse être accumulée dans l'agencement d'accumulation d'énergie électrique. Dans un autre développement préféré du système électrique d'alimentation et de démarrage, l'agencement d'accumulation d'énergie électrique présente au moins un accumulateur. Dans un autre développement préféré du système électrique d'alimentation et de démarrage, l'agencement d'accumulation d'énergie électrique présente au moins un accumulateur à volant d'inertie. Dans un autre développement préféré du système électrique d'alimentation et de démarrage, l'agencement d'accumulation d'énergie électrique présente au moins un condensateur.
Dans un autre développement préféré du système électrique d'alimentation et de démarrage, la première tension continue est comprise -5- entre 10 V et 15 V, la tension nominale étant de préférence de 12 V. Cela permet d'utiliser des composants électriques habituels. Dans un autre développement préféré du système électrique d'alimentation et de démarrage, la deuxième tension continue est comprise entre 14 V et 18 V. Cela permet de rester dans l'ordre de grandeur de la tension habituelle d'un réseau de bord à 12 V. Dans un autre développement préféré du système électrique d'alimentation et de démarrage, le convertisseur DC/DC asservi peut être ajusté électroniquement entre la première tension continue et la deuxième tension continue par le dispositif de commande du convertisseur DC/DC, en particulier de manière discrète ou continue, à une valeur quelconque comprise entre la première et la deuxième tension continue. Dans un autre développement préféré du système électrique d'alimentation et de démarrage, le système de moteur-génératrice est conçu ou réalisé pour démarrer des moteurs à combustion interne d'une cylindrée supérieure à 2 dm3. Dans un autre développement préféré du système électrique d'alimentation et de démarrage, le réseau électrique de bord peut être alimenté en énergie électrique provenant de l'agencement d'accumulation d'énergie électrique lorsque le moteur à combustion interne du véhicule automobile est à l'arrêt. Dans un autre développement préféré du procédé de gestion d'un système électrique d'alimentation et de démarrage, un (premier) état de fonctionnement à une première tension continue comprend l'arrêt du moteur à combustion interne, un agencement d'accumulation d'énergie électrique alimentant alors le réseau électrique de bord, et un (deuxième) état de fonctionnement à une deuxième tension continue comprend le démarrage du moteur à combustion interne du véhicule automobile, l'agencement d'accumulation d'énergie électrique alimentant alors le réseau électrique de bord. Dans un autre développement préféré du procédé de gestion d'un système électrique d'alimentation et de démarrage, un deuxième état de fonctionnement à une deuxième tension continue comprend un freinage à récupération du véhicule automobile dans lequel un système de moteur- génératrice fonctionnant comme génératrice alimente le réseau de bord par le freinage à récupération. -6- L'invention va maintenant être expliquée plus en détail à l'aide des exemples de réalisation représentés dans les figures schématiques. Parmi celles-ci : la figure 1 représente un organigramme schématique d'un système électrique d'alimentation et de démarrage pour véhicule automobile selon un mode de réalisation de la présente invention et la figure 2 représente un organigramme schématique d'un exemple de système électrique d'alimentation pour véhicule automobile. Sauf indication contraire, les moyens, composants et dispositifs identiques ou remplissant la même fonction ont été dotés des mêmes références numériques dans toutes les figures. La figure 1 représente un organigramme schématique du système électrique d'alimentation et de démarrage selon un mode de réalisation de la présente invention.
Le système 100 électrique d'alimentation et de démarrage présente un réseau électrique de bord 101, un accumulateur d'énergie électrique qui présente la forme d'une batterie 132 de véhicule raccordée au réseau électrique de bord 101, un système 110 de moteur-génératrice et un agencement 120 d'accumulation d'énergie électrique. En outre, une ou plusieurs charges consommatrices 140 peuvent être raccordées au système 100 électrique d'alimentation et de démarrage. L'accumulateur d'énergie électrique qui présente la forme de la batterie 132 du véhicule dispose d'un élément de protection 134. Le système 110 de moteur-génératrice comprend un dispositif inverseur 111 qui d'une part assure le redressement lorsque le groupe moteur-génératrice 112 fonctionne comme génératrice et qui d'autre part permet d'utiliser comme moteur le groupe moteur-génératrice 112 (inverseur). Le groupe moteur-génératrice 112 comprend les enroulements de moteur 114, 116 et 118 et le groupe moteur-génératrice 112 est utilisé en raccordant en triangle les enroulements du moteur.
L'agencement 120 d'accumulation d'énergie électrique comprend un convertisseur DC/DC 122 asservi et un système 124 d'accumulation d'énergie électrique. Le système 124 d'accumulation d'énergie électrique peut être constitué de plusieurs cellules d'accumulation d'énergie, le système 124 d'accumulation d'énergie électrique présentant par exemple pour l'accumulation d'énergie une tension avantageusement plus élevée que celle du réseau électrique de bord. L'agencement 120 d'accumulation d'énergie électrique est raccordé en parallèle à la batterie -7- 132 du véhicule. La tension de sortie que le convertisseur DC/DC 122 asservi délivre au réseau électrique de bord 101 est commandée par un dispositif 123 de commande du convertisseur DC/DC. En outre, des charges électriques consommatrices 140 sont raccordées au réseau électrique de bord 101. En fonctionnement, le système 110 de moteur-génératrice peut être utilisé comme génératrice pour alimenter en courant le réseau électrique de bord 101, mais le système 110 de moteur-génératrice peut également être utilisé comme moteur pour démarrer le moteur à combustion interne du véhicule automobile. Lorsque le moteur à combustion interne s'arrête ou est à l'arrêt, le réseau électrique de bord 101 peut être alimenté par l'agencement 120 d'accumulation d'énergie électrique ou par la batterie 132 du véhicule. Pour démarrer le moteur, il n'est pas nécessaire de commuter des composants électriques mais uniquement augmenter au moyen du dispositif 123 de commande du convertisseur DC/DC la tension de sortie, délivrée au système 110 de moteur-génératrice, du convertisseur DC/DC 122 asservi et à tension variable, parce que l'agencement 120 d'accumulation d'énergie électrique dispose de suffisamment de puissance pour démarrer le moteur à combustion interne. De plus, l'agencement 120 d'accumulation d'énergie électrique peut être utilisé avec le convertisseur DC/DC asservi 122 et le système 124 d'accumulation d'énergie électrique pour accumuler l'énergie de récupération obtenue à l'aide du système 110 de moteur-génératrice et la rendre utilisable en l'injectant dans le réseau électrique de bord 101 lorsque le moteur est arrêté.
Le système 124 d'accumulation d'énergie électrique comprend par exemple plusieurs cellules d'accumulation d'énergie qui présentent des condensateurs à haute capacité ou des condensateurs à double couche, par exemple des modules dits Supercaps, Boost Caps ou Ultracaps. Le convertisseur DC/DC asservi 122 convertit par exemple la tension de 12 Volts du réseau de bord en une tension comprise dans la plage d'environ 15 V à 150 V du côté des cellules d'accumulation d'énergie, le convertisseur DC/DC 122 asservi étant bidirectionnel, c'est-à-dire pouvant transférer de la puissance dans les deux directions. Une tension plus élevée est avantageuse, parce qu'elle permet pour une même puissance d'utiliser des commutateurs de puissance plus économiques, par exemple des transistors, pour de plus faibles intensités de courant. -8- Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Système (100) électrique d'alimentation et de démarrage pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il présente : - une batterie (132) de véhicule conçue pour alimenter un réseau électrique de bord (101) du véhicule automobile en une première tension continue, - un système (110) de moteur-génératrice raccordé au réseau électrique de bord (101) et conçu pour d'une part délivrer comme génératrice une deuxième tension continue au réseau électrique de bord (101) du véhicule automobile et d'autre part fonctionner comme moteur de démarreur alimenté en la deuxième tension continue pour démarrer le moteur à combustion interne du véhicule automobile, la deuxième tension continue étant supérieure à la première tension continue, - un agencement (120) d'accumulation d'énergie électrique qui est raccordé au réseau électrique de bord (101) du véhicule automobile en parallèle à la batterie (132) du véhicule par l'intermédiaire d'un convertisseur DC/DC asservi et conçu pour délivrer la première et la deuxième tension continue au réseau électrique de bord (101) du véhicule automobile et pour être chargé à la première tension continue qui peut être délivrée par la batterie (132) du véhicule et/ou à la deuxième tension continue qui peut être délivrée par le système (110) de moteur-génératrice.
- 2. Système (100) électrique d'alimentation et de démarrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agencement (120) d'accumulation d'énergie électrique est conçu de telle sorte que l'énergie électrique obtenue par récupération sur le système (110) de moteur- génératrice puisse être accumulée dans l'agencement (120) d'accumulation d'énergie électrique.
- 3. Système (100) électrique d'alimentation et de démarrage selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'agencement (120) d'accumulation d'énergie électrique présente au moins un accumulateur.
- 4. Système (100) électrique d'alimentation et de démarrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agencement (120) d'accumulation d'énergie électrique présente au moins un accumulateur à volant d'inertie.- 10 -
- 5. Système (100) électrique d'alimentation et de démarrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agencement (120) d'accumulation d'énergie électrique présente au moins un condensateur.
- 6. Système (100) électrique d'alimentation et de démarrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première tension continue est comprise entre 10 V et 15 V, la tension nominale étant de préférence de 12 V.
- 7. Système (100) électrique d'alimentation et de démarrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième tension continue est comprise entre 14 V et 18 V.
- 8. Système (100) électrique d'alimentation et de démarrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur DC/DC asservi (122) peut être commuté électroniquement entre la première tension et la deuxième tension par le dispositif de commande (123) du convertisseur DC/DC.
- 9. Système (100) électrique d'alimentation et de démarrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système (110) de moteur-génératrice est conçu ou réalisé pour démarrer des moteurs à combustion interne d'une cylindrée supérieure à 2 dm3.
- 10. Système (100) électrique d'alimentation et de démarrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réseau électrique de bord (101) peut être alimenté en énergie électrique provenant de l'agencement (120) d'accumulation d'énergie électrique lorsque le moteur à combustion interne du véhicule automobile est à l'arrêt.
- 11. Procédé de gestion d'un système électrique d'alimentation et de démarrage selon l'une des revendications 1 à 10, le procédé étant caractérisé en ce qu'il présente les étapes qui consistent à : - alimenter le réseau électrique de bord d'un véhicule 30 automobile en la première tension continue pendant un premier état de fonctionnement et - alimenter le réseau électrique de bord du véhicule automobile en la deuxième tension continue pendant un deuxième état de fonctionnement. 35
- 12. Procédé de gestion d'un système électrique d'alimentation et de démarrage selon la revendication 11, caractérisé en ce que le premier état de fonctionnement comprend l'arrêt du moteur à combustion interne, un-11- agencement d'accumulation d'énergie électrique alimentant alors le réseau électrique de bord et en ce que le deuxième état de fonctionnement comprend le démarrage du moteur à combustion interne du véhicule automobile, l'agencement d'accumulation d'énergie électrique alimentant alors le réseau électrique de bord.
- 13. Procédé de gestion d'un système électrique d'alimentation et de démarrage selon la revendication 11, caractérisé en ce que le deuxième état de fonctionnement comprend un freinage à récupération du véhicule automobile, dans lequel un système de moteur-génératrice fonctionnant comme génératrice alimente le réseau électrique de bord par le freinage à récupération.
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