FR2987789A1 - Vehicule a batteries rechargeables montees en serie - Google Patents

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Abstract

Un véhicule (V) comporte N batteries (B1-BN) rechargeables, avec N supérieur ou égal à deux, et destinées à alimenter au moins un équipement électrique (EP). Ces batteries (B1-BN) sont connectées en série via N-1 câbles électriques (CA) parmi N+1 et via N connecteurs électriques (CE) parmi N+1. La première batterie (B1) comporte une borne positive connectée à une borne positive de l'équipement électrique (EP) via un autre câble électrique (CA) parmi les N+1 et via le premier des N connecteurs électriques (CE) et un autre connecteur électrique (CA) parmi les N+1, et la Nième batterie (BN) comportant une borne négative connectée à une borne négative de cet équipement électrique (EP) via encore un autre câble électrique (CA) parmi les N+1 et via le dernier des N connecteurs électriques (CE) et cet autre connecteur électrique (CE).

Description

VÉHICULE À BATTERIES RECHARGEABLES MONTÉES EN SÉRIE L'invention concerne les véhicules comportant plusieurs batteries rechargeables (éventuellement de type multicellulaire), et plus précisément le couplage de ces batteries au sein des véhicules. Comme le sait l'homme de l'art, certains véhicules, comme par exemple ceux de type dit tout électrique ou de type hybride, éventuellement de type automobile, comportent des équipements électriques embarqués qui ont parfois besoin d'une quantité d'énergie électrique importante pour fonctionner séparément ou en parallèle. Afin de disposer d'une quantité d'énergie électrique suffisante, ces véhicules sont équipés de plusieurs batteries rechargeables, éventuellement de type multicellulaire, qui sont généralement connectées séparément les unes des autres à une boîte de jonction (ou « junction box » en anglais) chargée d'alimenter au moins un équipement de puissance, qui contrôle l'alimentation des équipements électriques embarqués via un réseau d'alimentation, et/ou directement un composant de puissance. La boîte de jonction peut être agencée pour combiner les tensions aux bornes de certaines batteries (rechargeables) pour mettre à la disposition de l'équipement de puissance plusieurs tensions différentes (par exemple 12 V et 24 V, ou bien 60 V à 400 V (voire 1000 V) dans le cas d'un véhicule hybride ou électrique). Ce type d'architecture électrique, qui est notamment décrit dans le document brevet US 2011/300427, présente plusieurs inconvénients. En effet, elle nécessite l'utilisation d'une boîte de jonction qui est onéreuse et encombrante, doit en outre être connectée à la masse du véhicule, et doit être adaptée à chaque architecture électrique. De plus, l'interconnexion de chaque batterie à la boîte de jonction nécessite deux câbles électriques dédiés (respectivement pour les bornes positive et négative) et deux connecteurs électriques, ce qui représente, pour N batteries, 2N câbles électriques et 2N connecteurs électriques auxquels il faut ajouter au moins deux autres câbles électriques et deux autres connecteurs pour l'interconnexion entre la boîte de jonction et l'équipement de puissance, soit un total de 2*(N+1) câbles électriques et 2*(N+1) connecteurs électriques. L'utilisation d'un tel nombre de câbles électriques et de connecteurs électriques s'avère non seulement onéreuse, mais également pénalisante en termes de complexité, de poids et d'encombrement. En outre, plus le nombre de câbles électriques et de connecteurs électriques est élevé, plus on augmente le risque d'occurrence d'un problème électrique (comme par exemple un court-circuit aggravé (notamment du fait des cheminements des câbles qui peuvent passer plus fréquemment dans des zones de choc) ou une déconnexion consécutive à une mauvaise installation ou à des vibrations) ou d'un échauffement au niveau des connectiques (pouvant occasionner un début d'incendie), et plus on doit prévoir de moyens de protection. L'invention a donc pour but de remédier à tout ou partie des inconvénients précités. Elle propose à cet effet un véhicule comportant N batteries rechargeables, avec N supérieur ou égal à deux, destinées à alimenter au moins un équipement électrique, et connectées en série via N-1 câbles électriques parmi N+1 et via N connecteurs électriques parmi N+1, la première batterie comportant une borne positive connectée à une borne positive de l'équipement électrique via un autre câble électrique parmi les N+1 et via le premier des N connecteurs électriques et un autre connecteur électrique parmi les N+1, et la Nième batterie comportant une borne négative connectée à une borne négative de cet équipement électrique via encore un autre câble électrique parmi les N+1 et via le dernier des N connecteurs électriques et cet autre connecteur électrique.
Grâce à cette architecture électrique, non seulement le nombre de câbles électriques est divisé par deux (N+1 au lieu de 2*(N+1)), mais également le nombre de connecteurs électriques est divisé par deux (N+1 au lieu de 2*(N+1)), ce qui est très avantageux en termes de coût, de poids, d'encombrement et de réduction des risques électriques.
Le véhicule selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - chaque batterie peut comprendre au moins deux cellules de stockage d'énergie montées en série et/ou en parallèle ; > chaque cellule de stockage d'énergie peut être d'un type choisi parmi (au moins) le type Li-ion, le type Ni-Mh, le type Lithium-Métal-Polymère et le type plomb ; au moins un équipement électrique peut être un équipement de puissance qui est propre à contrôler l'alimentation en énergie électrique d'au moins un équipement embarqué ; il peut être de type dit hybride ou de type dit tout électrique ; il peut être de type automobile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et du dessin annexé, sur lequel l'unique figure illustre, de façon schématique et fonctionnelle, un exemple de véhicule selon l'invention. Le dessin annexé pourra non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
Comme indiqué précédemment, l'invention propose un véhicule V disposant d'une architecture électrique d'un nouveau type. Dans ce qui suit, on considère à titre d'exemple non limitatif que le véhicule V est de type automobile. Il s'agit par exemple d'une voiture, éventuellement de type hybride ou tout électrique. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout véhicule comportant au moins deux batteries rechargeables Bi (éventuellement de type multicellulaire). Par conséquent, l'invention concerne également, et notamment, les véhicules utilitaires, les motocyclettes, les cars (ou bus), les camions, les engins de voirie et les engins de chantier, en particulier lorsqu'ils sont de type hybride ou tout électrique et/ou disposent de plusieurs batteries (par exemple comprises entre environ 12 V et environ 1000 V). On a très schématiquement illustré sur l'unique figure un véhicule V comportant N batteries rechargeables Bi (i = 1 à N), deux équipements électriques EP et EP', des équipements embarqués Ej (ici j = 1 à 3) couplés en parallèle à l'équipement électrique EP, un premier groupe de N+1 câbles électriques et un second groupe de N+1 connecteurs électriques CE. L'équipement électrique EP' est par exemple un composant de puissance. Par exemple, l'équipement électrique EP est un équipement de puissance propre à contrôler l'alimentation en énergie électrique d'au moins l'un des équipements embarqués Ej (ici El à E3). Il comprend, par exemple, un convertiseur de type DC/DC, un onduleur et un chargeur de batterie, ou tout autre convertisseur de tension. Les équipements embarqués Ej font par exemple partie de l'installation de climatisation, de l'installation d'éclairage (interne et/ou externe), du système de direction assistée électrique, ou du système d'anti- blocage de roues (ou ABS). On notera que dans l'exemple non limitatif illustré, le nombre d'équipements embarqués Ej est égal à trois. Mais il peut prendre n'importe quelle valeur supérieure ou égale à un (1). Le nombre N de batteries Bi doit être supérieur ou égal à deux. Par exemple il est égal à trois ou quatre, voire cinq ou plus.
On notera que chaque batterie Bi peut être de type multicellulaire. On entend ici par batterie multicellulaire une batterie rechargeable comprenant au moins deux cellules de stockage d'énergie Ck montées en série et/ou en parallèle. Dans l'exemple non limitatif illustré, chaque batterie Bi comprend trois cellules de stockage d'énergie Ck (k = 1 à 3) montées en parallèle. Mais les batteries Bi pourraient comporter un nombre de cellules de stockage d'énergie Ck supérieur ou inférieur à trois. Par ailleurs, les différentes batteries Bi pourraient comporter des nombres différents de cellules de stockage d'énergie Ck, au moins pour certaines d'entre elles. En outre, les cellules de stockage d'énergie Ck d'une batterie Bi pourraient être montées en série ou bien en série et en parallèle. A titre d'exemple non limitatif, les cellules de stockage d'énergie Ck peuvent être de type Li-ion (ou lithium-ion). Mais d'autres types peuvent être envisagés, et notamment le type Ni-Mh, le type LMP (ou Lithium-MétalPolymère) et le type plomb.
Un connecteur électrique CE est un élément qui assure l'interconnexion entre la borne positive d'une batterie Bi ou de l'équipement électrique EP et une extrémité d'un câble électrique CA, et entre la borne négative de cette batterie Bi ou de l'équipement électrique EP et une extrémité d'un autre câble électrique CA. Chaque batterie Bi est associée à un unique connecteur électrique CE, tout comme l'équipement électrique EP est associé à un unique connecteur électrique CE. Selon l'invention, et comme illustré, les N batteries Bi sont connectées en série via N-1 câbles électriques CA parmi les N+1 du premier groupe et via les N connecteurs électriques CE parmi les N+1 du second groupe qui sont associés respectivement aux N batteries Bi. La première batterie B1 comporte une borne positive qui est connectée à la borne positive de l'équipement électrique EP via un autre câble électrique CA parmi les N+1 du premier groupe et via le premier des N connecteurs électriques CE qui sont associés respectivement aux N batteries Bi et le connecteur électrique (parmi les N+1 du second groupe) qui est associé à l'équipement électrique EP. On comprendra que le connecteur CE de la première batterie B1 est connecté, d'une part, à l'un des deux câbles électriques CA qui sont connectés à l'équipement électrique EP, et, d'autre part, au câble électrique CA qui est également connecté au connecteur CE de la deuxième batterie B2. La Nième batterie BN comporte une borne négative qui est connectée à la borne négative de l'équipement électrique EP via encore un autre câble électrique CA parmi les N+1 du premier groupe et via le dernier des N connecteurs électriques CE qui sont associés respectivement aux N batteries Bi et le connecteur électrique (parmi les N+1 du second groupe) qui est associé à l'équipement électrique EP. On comprendra que le connecteur CE de la Nième batterie BN est connecté, d'une part, à l'un des deux câbles électriques CA qui sont connectés à l'équipement électrique EP, et, d'autre part, au câble électrique CA qui est également connecté au connecteur CE de la (N-1)ième batterie BN-1. Les autres batteries Bi (avec 2 i N-1) comprennent chacune une borne positive qui est connectée à la borne négative de la batterie précédente Bi-1 via son propre connecteur électrique CE, le connecteur électrique CE de cette batterie précédente Bi-1 et l'un des câbles électriques CA, et une borne négative qui est connectée à la borne positive de la batterie suivante Bi+1 via son propre connecteur électrique CE, le connecteur électrique CE de cette batterie suivante Bi+1 et l'un des câbles électriques CA. Cela assure le montage en série des N batteries B1 à BN. Grâce à ce montage en série, l'équipement électrique EP dispose à ses bornes négative et positive d'une tension finale qui est avantageusement égale à la somme des tensions aux bornes négative et positive des N batteries Bi. Ces N batteries Bi apparaissent alors dans le véhicule V comme une unique source de tension. Des tensions inférieures à cette tension finale peuvent alors être produites au moyen de composants électroniques assurant, par exemple, une fonction de diviseur de tension ou de convertisseur électrique, et généralement peu onéreux et très peu encombrants. Par ailleurs, grâce à cette nouvelle architecture électrique, on n'a plus du tout besoin d'une boîte de jonction, le nombre de câbles électriques CA est divisé par deux (N+1 au lieu de 2*(N+1)), et le nombre de connecteurs électriques CE est également divisé par deux (N+1 au lieu de 2*(N+1)). Il en résulte une réduction notable des coûts, de la complexité, du poids, de l'encombrement global et des risques électriques (comme par exemple les court-circuits aggravés, les déconnexions consécutives à une mauvaise installation ou à des vibrations, et les échauffements). En outre, on peut très facilement rajouter ou retirer une ou plusieurs batteries dans l'architecture électrique, ce qui offre une grande adaptabilité et une grande modularité. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de véhicule décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1. Véhicule (V) comportant N batteries (Bi) rechargeables, avec N supérieur ou égal à deux, et destinées à alimenter au moins un équipement électrique (EP), caractérisé en ce que lesdites batteries (Bi) sont connectées en série via N-1 câbles électriques (CA) parmi N+1 et via N connecteurs électriques (CE) parmi N+1, une première batterie (B1) comportant une borne positive connectée à une borne positive dudit équipement électrique (EP) via 1 o un autre câble électrique (CA) parmi lesdits N+1 et via un premier desdits N connecteurs électriques (CE) et un autre connecteur électrique (CA) parmi lesdits N+1, et une Nième batterie (BN) comportant une borne négative connectée à une borne négative de cet équipement électrique (EP) via encore un autre câble électrique (CA) parmi lesdits N+1 et via un dernier desdits N 15 connecteurs électriques (CE) et ledit autre connecteur électrique (CE).
  2. 2. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque batterie (Bi) comprend au moins deux cellules de stockage d'énergie (Ck) montées en série et/ou en parallèle.
  3. 3. Véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque 20 cellule de stockage d'énergie (Ck) est d'un type choisi dans un groupe comprenant au moins le type Li-ion, le type Ni-Mh, le type Lithium-MétalPolymère et le type plomb.
  4. 4. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un équipement électrique (EP) est un équipement de puissance 25 propre à contrôler l'alimentation en énergie électrique d'au moins un équipement embarqué (Ej).
  5. 5. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est de type dit hybride.
  6. 6. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il 30 est de type dit tout électrique.
  7. 7. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est de type automobile.
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