FR3053291A1 - TRACTION BATTERY CHARGING SYSTEM IN A VEHICLE COMPRISING A TURBINE - Google Patents
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Abstract
Système de recharge de batteries de traction (10) prévu pour être embarqué dans un véhicule automobile hybride ou électrique, ce véhicule comportant au moins une machine électrique (8, 14) pouvant travailler en moteur avec l'énergie des batteries de traction (10), ou en génératrice en rechargeant ces batteries (10), le système de recharge comportant une turbine fonctionnant avec un fluide sous pression, prévue pour être reliée à une alimentation extérieure de ce fluide, et un dispositif d'accouplement de la turbine avec la machine électrique (8, 14).Traction battery charging system (10) intended to be loaded into a hybrid or electric motor vehicle, said vehicle comprising at least one electric machine (8, 14) operable in motor with the energy of the traction batteries (10) or as a generator by recharging these batteries (10), the charging system comprising a turbine operating with a fluid under pressure, designed to be connected to an external supply of this fluid, and a device for coupling the turbine with the machine electric (8, 14).
Description
Titulaire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.Holder (s): PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
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Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.Agent (s): PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Public limited company.
SYSTEME DE RECHARGE DE BATTERIES DE TRACTION EMBARQUE DANS UN VEHICULE, COMPORTANT UNE TURBINE.SYSTEM FOR RECHARGING TRACTION BATTERIES ON BOARD IN A VEHICLE, COMPRISING A TURBINE.
FR 3 053 291 - A1FR 3 053 291 - A1
Système de recharge de batteries de traction (10) prévu pour être embarqué dans un véhicule automobile hybride ou électrique, ce véhicule comportant au moins une machine électrique (8, 14) pouvant travailler en moteur avec l'énergie des batteries de traction (10), ou en génératrice en rechargeant ces batteries (10), le système de recharge comportant une turbine fonctionnant avec un fluide sous pression, prévue pour être reliée à une alimentation extérieure de ce fluide, et un dispositif d'accouplement de la turbine avec la machine électrique (8, 14).Traction battery recharging system (10) designed to be installed in a hybrid or electric motor vehicle, this vehicle comprising at least one electric machine (8, 14) capable of working as an engine with the energy of the traction batteries (10) , or as a generator by recharging these batteries (10), the recharging system comprising a turbine operating with a pressurized fluid, intended to be connected to an external supply of this fluid, and a device for coupling the turbine with the machine electric (8, 14).
SYSTEME DE RECHARGE DE BATTERIES DE TRACTION EMBARQUE DANS UN VEHICULE, COMPORTANT UNE TURBINESYSTEM FOR RECHARGING TRACTION BATTERIES ON BOARD IN A VEHICLE, COMPRISING A TURBINE
La présente invention concerne un système de recharge de batteries prévu pour être embarqué dans un véhicule automobile hybride ou électrique, ainsi qu’un véhicule hybride ou électrique équipé d’un tel système de recharge.The present invention relates to a battery recharging system designed to be installed in a hybrid or electric motor vehicle, as well as a hybrid or electric vehicle equipped with such a recharging system.
Certains types de véhicules électriques ou hybrides utilisant l’énergie électrique, comportent un chargeur de batteries embarqués à bord du véhicule, qui à l’arrêt peut être relié à un réseau extérieur de fourniture d’énergie électrique afin de réaliser une recharge de ces batteries.Certain types of electric or hybrid vehicles using electrical energy, include a battery charger on board the vehicle, which when stationary can be connected to an external electrical energy supply network in order to recharge these batteries. .
Pour les véhicules hybrides on obtient une partie de l’énergie de roulage par cette recharge électrique, qui est une énergie peu chère, limitant l’utilisation du moteur thermique afin de réduire la consommation de carburant et les émissions de gaz polluants. Généralement on recharge les batteries la nuit pour permettre un roulage de jour.For hybrid vehicles, part of the driving energy is obtained by this electrical recharge, which is inexpensive energy, limiting the use of the heat engine in order to reduce fuel consumption and polluting gas emissions. Generally the batteries are recharged at night to allow daytime driving.
Le chargeur embarqué comporte un convertisseur électrique et un système de pilotage réalisant la conversion de la tension et la régulation du courant de charge, pour s’adapter aux caractéristiques des batteries du véhicule en assurant la sécurité et la préservation de la durée de vie des batteries. On branche ainsi le chargeur embarqué sur un réseau de distribution électrique habituel, qui peut présenter en particulier une tension de 220V.The on-board charger includes an electric converter and a control system carrying out the voltage conversion and the regulation of the charging current, to adapt to the characteristics of the vehicle batteries while ensuring safety and preservation of the battery life . The on-board charger is thus connected to a usual electrical distribution network, which may in particular have a voltage of 220V.
Cependant la rapidité de recharge des batteries est directement liée à la puissance que peut délivrer le chargeur embarqué. Afin d’obtenir des temps de recharge courts il faut prévoir un chargeur de forte puissance, ce qui pose des problèmes de masse et de volume élevés pour les intégrer dans le véhicule, ainsi que de coût important.However, the speed with which the batteries are recharged is directly linked to the power that the on-board charger can deliver. In order to obtain short recharging times, a high-power charger must be provided, which poses problems of mass and high volume to integrate them into the vehicle, as well as significant cost.
Un autre système de recharge embarqué dans un véhicule automobile, présenté notamment par le document WO-A2-201393151, comporte un réservoir d’air comprimé alimentant une turbine reliée à un générateur électrique, qui recharge des batteries par un système de régulation du courant.Another charging system on board a motor vehicle, presented in particular in document WO-A2-201393151, comprises a compressed air tank supplying a turbine connected to an electric generator, which recharges the batteries by a current regulation system.
Toutefois ce système de recharge nécessite l’installation dans le véhicule d’un réservoir d’air, qui doit présenter un volume très important pour obtenir une quantité d’énergie permettant une recharge significative des batteries.However, this recharging system requires the installation in the vehicle of an air tank, which must have a very large volume in order to obtain a quantity of energy allowing a significant recharging of the batteries.
La présente invention a notamment pour but de résoudre ces problèmes de l’art antérieur.The present invention aims in particular to solve these problems of the prior art.
Elle propose à cet effet un système de recharge de batteries de traction, prévu pour être embarqué dans un véhicule automobile hybride ou électrique, ce véhicule comportant au moins une machine électrique pouvant travailler en moteur avec l’énergie des batteries de traction, ou en génératrice en rechargeant ces batteries, ce système étant remarquable en ce qu’il comporte une turbine fonctionnant avec un fluide sous pression, prévue pour être reliée à une alimentation extérieure de ce fluide, et un dispositif d’accouplement de la turbine avec la machine électrique.To this end, it offers a system for recharging traction batteries, designed to be installed in a hybrid or electric motor vehicle, this vehicle comprising at least one electric machine capable of working as an engine with the energy of the traction batteries, or as a generator. by recharging these batteries, this system being remarkable in that it comprises a turbine operating with a pressurized fluid, intended to be connected to an external supply of this fluid, and a device for coupling the turbine with the electric machine.
Un avantage de ce système de recharge de batteries est que sur un véhicule hybride ou électrique, en ajoutant une turbine alimentée par un fluide sous pression, en la couplant à la machine électrique disposant déjà du convertisseur et du système de régulation lui permettant avec un fonctionnement en génératrice la recharge des batteries, et en recevant le fluide sous pression d’une alimentation extérieure, on réalise un système de recharge embarqué qui peut présenter une puissance élevée avec un nombre de composants limité.An advantage of this battery recharging system is that on a hybrid or electric vehicle, by adding a turbine powered by a pressurized fluid, by coupling it to the electric machine already having the converter and the regulation system allowing it with an operation by generating the recharging of the batteries, and by receiving the pressurized fluid from an external supply, an on-board recharging system is produced which can have a high power with a limited number of components.
On utilise en particulier les principaux composants électriques comme le convertisseur et le système de pilotage du courant déjà présents dans le véhicule pour la machine électrique. Le système de recharge comporte alors une masse, un encombrement et un coût réduit.In particular, the main electrical components are used, such as the converter and the current control system already present in the vehicle for the electric machine. The recharging system then comprises a mass, a bulk and a reduced cost.
Le système de recharge de batteries de traction selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.The traction battery recharging system according to the invention may further include one or more of the following characteristics, which can be combined with one another.
Avantageusement, le dispositif d'accouplement permet un désaccouplement entre la turbine et la machine électrique.Advantageously, the coupling device allows uncoupling between the turbine and the electric machine.
En particulier, le dispositif d’accouplement peut comporter un crabot ou un embrayage.In particular, the coupling device may include a dog clutch or a clutch.
En particulier, le dispositif d’accouplement peut être disposé dans l’alignement de l’arbre de la machine électrique.In particular, the coupling device can be arranged in alignment with the shaft of the electric machine.
Selon un mode de réalisation, la turbine est prévue pour entraîner une machine électrique reliée à un moteur thermique du véhicule qui est hybride.According to one embodiment, the turbine is designed to drive an electric machine connected to a heat engine of the vehicle which is hybrid.
Dans ce cas, avantageusement le dispositif d’accouplement comporte une poulie prévue pour relier la machine électrique à un moteur thermique, qui est débrayable.In this case, advantageously the coupling device comprises a pulley provided for connecting the electric machine to a heat engine, which is disengageable.
Selon un autre mode de réalisation, la turbine est prévue pour entraîner une machine électrique reliée aux roues arrière du véhicule.According to another embodiment, the turbine is designed to drive an electric machine connected to the rear wheels of the vehicle.
Avantageusement, le système de recharge comporte un raccord rapide prévu pour se raccorder sur une liaison vers l’alimentation extérieure.Advantageously, the recharging system includes a quick connector intended to be connected to a link to the external power supply.
L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile hybride ou électrique comportant au moins une machine électrique reliée à des batteries de traction, comportant un système de recharge de ces batteries comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.The subject of the invention is also a hybrid or electric motor vehicle comprising at least one electric machine connected to traction batteries, comprising a system for recharging these batteries comprising any of the preceding characteristics.
En particulier, la machine électrique entraînant les roues arrière du véhicule, le véhicule comporte avantageusement un moyen de débrayage entre cette machine électrique et les roues arrière.In particular, the electric machine driving the rear wheels of the vehicle, the vehicle advantageously comprises a declutching means between this electric machine and the rear wheels.
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :The invention will be better understood and other characteristics and advantages will appear more clearly on reading the description below given by way of example, with reference to the accompanying drawings in which:
- la figure 1 est un schéma présentant en vue de dessus un véhicule hybride comportant un système de recharge selon l’art antérieur ;- Figure 1 is a diagram showing a top view of a hybrid vehicle comprising a charging system according to the prior art;
- la figure 2 est un schéma d’un système de recharge selon l’invention, comportant une turbine entraînant une machine électrique du véhicule ; et- Figure 2 is a diagram of a charging system according to the invention, comprising a turbine driving an electric machine of the vehicle; and
- la figure 3 est une vue d'ensemble d’un véhicule hybride comportant ce système de recharge, relié à une station de recharge d'air comprimé.- Figure 3 is an overview of a hybrid vehicle comprising this charging system, connected to a compressed air charging station.
La figure 1 présente un véhicule hybride comportant un moteur thermique 2 entraînant par une transmission 4 et par des arbres de roue les roues avant motrices 6. Un réservoir de carburant 22 alimente le moteur thermique 2.FIG. 1 shows a hybrid vehicle comprising a heat engine 2 driving the front drive wheels 6 by a transmission 4 and by wheel shafts. A fuel tank 22 supplies the heat engine 2.
Le moteur thermique 2 est relié en permanence, par une courroie par exemple, à une machine électrique avant 8 qui alimente des batteries de traction 10 du véhicule. En particulier la première machine électrique 8 peut être un alternateur démarreur qui dans un fonctionnement en moteur prélevant de l’énergie dans les batteries 10, démarre le moteur thermique 2 ou lui ajoute un couple moteur, et dans un fonctionnement en génératrice recharge ces batteries.The heat engine 2 is permanently connected, by a belt for example, to a front electric machine 8 which supplies traction batteries 10 of the vehicle. In particular, the first electric machine 8 can be a starter alternator which, in an engine operation taking energy from the batteries 10, starts the heat engine 2 or adds engine torque to it, and in generator operation recharges these batteries.
Les batteries 10 alimentent une machine électrique arrière 14, reliée par des arbres de roue aux roues arrière 16.The batteries 10 supply a rear electric machine 14, connected by wheel shafts to the rear wheels 16.
Un calculateur de contrôle des motorisations 18 contrôle les systèmes de pilotage et de régulation de chaque machine électrique 8, 14, afin de répondre en permanence aux demandes du conducteur dans les meilleures conditions d’économies d’énergie.A motorization control computer 18 controls the control and regulation systems of each electric machine 8, 14, in order to constantly respond to the driver's requests in the best conditions of energy savings.
En particulier on peut réaliser un roulage uniquement avec le moteur thermique 2, un roulage du type hybride avec le moteur thermique et au moins une machine électrique 8, 14, un roulage avec quatre roues motrices, un roulage sans émission de gaz polluant avec uniquement la machine électrique arrière 14, ou une recharge des batteries 10 avec l’énergie cinétique du véhicule, en utilisant au moins une machine électrique comme génératrice.In particular, it is possible to carry out a run only with the heat engine 2, a run of the hybrid type with the heat engine and at least one electric machine 8, 14, a run with four-wheel drive, a run without emission of polluting gas with only the rear electric machine 14, or recharging the batteries 10 with the kinetic energy of the vehicle, using at least one electric machine as a generator.
Un système de recharge des batteries 20 comporte un moyen de connexion permettant de relier le véhicule à une prise de recharge alimentée par un réseau extérieur, ainsi qu’un convertisseur de courant et un système de pilotage et de régulation pour délivrer un courant adapté à ces batteries. La recharge des batteries 10 par le réseau extérieur permet d’embarquer une partie de l’énergie de roulage du véhicule, et de réduire la consommation de carburant.A battery recharging system 20 comprises a connection means making it possible to connect the vehicle to a recharging socket supplied by an external network, as well as a current converter and a control and regulation system for delivering a current adapted to these batteries. The recharging of the batteries 10 by the external network makes it possible to carry part of the vehicle’s driving energy, and to reduce fuel consumption.
La puissance de ce système de recharge 20 conditionne la vitesse de recharge des batteries 10. En particulier une recharge assez rapide nécessite une puissance importante, et un système de recharge 20 présentant une masse, un volume et un coût élevé.The power of this recharging system 20 conditions the recharging speed of the batteries 10. In particular, a fairly rapid recharging requires significant power, and a recharging system 20 having a mass, a volume and a high cost.
Les figures 2 et 3 présentent une turbine 30 reliée par un dispositif de raccord rapide 32 à une liaison 34 comportant un tube recevant de l’air comprimé d’une source extérieure 50 à une pression élevée, pour rejeter cet air à une basse pression 36. En particulier on peut utiliser pour la source extérieure 50 un réseau de distribution pneumatique, ou un compresseur couramment utilisé dans les ateliers.Figures 2 and 3 show a turbine 30 connected by a quick coupling device 32 to a link 34 comprising a tube receiving compressed air from an external source 50 at a high pressure, to reject this air at a low pressure 36 In particular, it is possible to use for the external source 50 a pneumatic distribution network, or a compressor commonly used in workshops.
La turbine 30 entraîne par un arbre 38 un dispositif d’accouplement 40 qui peut se désaccoupler, relié à une machine électrique 8, 14 du véhicule hybride. La machine électrique 8, 14 travaillant en génératrice, délivre du courant 42 à son système de régulation de courant pour alimenter les batteries 10.The turbine 30 drives by a shaft 38 a coupling device 40 which can be uncoupled, connected to an electric machine 8, 14 of the hybrid vehicle. The electric machine 8, 14 working as a generator, delivers current 42 to its current regulation system to supply the batteries 10.
Avantageusement, le dispositif d’accouplement 40 est disposé directement dans l’alignement de la machine électrique 8, 14, ce qui donne une liaison plus simple. En particulier le dispositif d’accouplement 40 peut comporter un système à crabot ou un embrayage de couplage, commandé manuellement ou automatiquement.Advantageously, the coupling device 40 is arranged directly in alignment with the electric machine 8, 14, which gives a simpler connection. In particular, the coupling device 40 may include a dog clutch system or a coupling clutch, controlled manually or automatically.
Lors du fonctionnement du véhicule, le dispositif d’accouplement 40 est débrayé de manière à permettre un entraînement de la machine électrique 8, 14 travaillant comme habituellement en moteur ou en génératrice, sans faire tourner la turbine 30. De cette manière on n’a pas de perte d’énergie dans la turbine 30.During the operation of the vehicle, the coupling device 40 is disengaged so as to allow a drive of the electric machine 8, 14 working as usual in motor or generator, without turning the turbine 30. In this way there is no no loss of energy in the turbine 30.
Selon un mode de réalisation, la turbine 30 est reliée par le dispositif d’accouplement 40 à la machine électrique avant 8 du véhicule hybride, pour l’entraîner et recharger les batteries 10. Dans ce cas la machine électrique avant 8 comporte une poulie débrayable, de manière à permettre son entraînement par la turbine 30 par l’intermédiaire du dispositif d’accouplement 40, sans faire tourner la poulie, ni le moteur thermique 2 relié à cette poulie par une courroie.According to one embodiment, the turbine 30 is connected by the coupling device 40 to the front electric machine 8 of the hybrid vehicle, to drive it and recharge the batteries 10. In this case the front electric machine 8 has a disengageable pulley , so as to allow it to be driven by the turbine 30 via the coupling device 40, without rotating the pulley, or the heat engine 2 connected to this pulley by a belt.
L’entraînement de la machine électrique avant 8 par la turbine 30 permet de plus dans certains cas de disposer d’une puissance supplémentaire s’ajoutant à celle délivrée par cette machine travaillant en moteur, pour entraîner le moteur thermique 2. On peut notamment aider au démarrage du moteur thermique 2 du véhicule à l’arrêt par un temps très froid.The drive of the front electric machine 8 by the turbine 30 also makes it possible, in certain cases, to have additional power added to that delivered by this machine working as a motor, to drive the heat engine 2. We can in particular help when the internal combustion engine 2 of the vehicle is started in very cold weather.
Selon un autre mode de réalisation, la turbine 30 est reliée par le dispositif d’accouplement 40 à la machine électrique arrière 14 du véhicule hybride, pour l’entraîner et recharger les batteries 10.According to another embodiment, the turbine 30 is connected by the coupling device 40 to the rear electric machine 14 of the hybrid vehicle, to drive it and recharge the batteries 10.
On utilise un moyen de débrayage entre la machine électrique arrière 14 et les roues arrière 16, existant déjà sur certains types de véhicule hybride pour ne pas entraîner cette machine en permanence, qui est débrayé pour entraîner par la turbine 30 uniquement la machine électrique arrière 14 afin de recharger les batteries 10.A declutching means is used between the rear electric machine 14 and the rear wheels 16, already existing on certain types of hybrid vehicle so as not to drive this machine permanently, which is disengaged to drive by the turbine 30 only the rear electric machine 14 to recharge the batteries 10.
On peut aussi disposer une turbine 30 sur les deux machines électriques avant 8 et arrière 14, afin de fournir à partir d’un même branchement vers une station de recharge 50 le fluide sous pression à ces deux machines permettant d’augmenter la puissance de recharge des batteries 10.It is also possible to have a turbine 30 on the two front 8 and rear 14 electrical machines, in order to supply, from the same connection to a charging station 50, the fluid under pressure to these two machines making it possible to increase the charging power. batteries 10.
De plus on peut pour des nouvelles générations de véhicules hybrides, concevoir la machine électrique avant 8 ou arrière 14 comportant directement la turbine 30 qui est intégrée dedans, de manière à réaliser un sous-ensemble compact et économique.In addition, for new generations of hybrid vehicles, it is possible to design the front 8 or rear 14 electric machine directly comprising the turbine 30 which is integrated therein, so as to produce a compact and economical sub-assembly.
En complément la turbine 30 peut être déportée par rapport à la machine électrique avant 8 ou arrière 14 avec des axes différents, pour des raisons d’encombrement notamment, en utilisant par exemple un système flexible de transmission pour relier ces deux éléments.In addition, the turbine 30 can be offset relative to the front electric machine 8 or rear 14 with different axes, for reasons of space in particular, by using for example a flexible transmission system to connect these two elements.
En variante la turbine 30 peut être reliée directement à la machine électrique avant 8 ou arrière 14, avec un dispositif d’accouplement 40 restant en permanence accouplé. On obtient alors un entraînement permanent de cette turbine 30 avec la rotation de la machine électrique 8, 14, mais un système de recharge qui est plus économique.As a variant, the turbine 30 can be connected directly to the front electric machine 8 or rear 14, with a coupling device 40 remaining permanently coupled. We then obtain a permanent drive of this turbine 30 with the rotation of the electric machine 8, 14, but a charging system which is more economical.
Le système de recharge de batteries selon l’invention utilisant un fluide sous pression peut en particulier être couplé à un système de recharge classique de puissance limitée recevant un courant électrique d’un réseau extérieur, afin d’augmenter la puissance totale de charge.The battery recharging system according to the invention using a pressurized fluid can in particular be coupled to a conventional recharging system of limited power receiving an electric current from an external network, in order to increase the total charging power.
Suivant une autre variante on peut utiliser comme fluide un liquide sous pression délivré par une station de recharge, comme un liquide de circuit hydraulique. Le liquide sous pression permet de réaliser une turbine 30 beaucoup plus compact, présentant une masse réduite. Dans ce cas la liaison 34 vers la station de recharge 50 comporte un tube d’alimentation du liquide sous pression, et un tube retour du liquide basse pression.According to another variant, it is possible to use as fluid a pressurized liquid delivered by a recharging station, such as a liquid of hydraulic circuit. The pressurized liquid makes it possible to produce a much more compact turbine 30, having a reduced mass. In this case, the link 34 to the recharging station 50 comprises a tube for supplying the pressurized liquid, and a return tube for the low pressure liquid.
On notera que la recharge du véhicule avec un fluide sous pression élimine des risques d’accidents qui peuvent être causés par une alimentation électrique, notamment des risques d’électrocution des opérateurs.Note that recharging the vehicle with pressurized fluid eliminates the risk of accidents which can be caused by a power supply, in particular the risk of electric shock to operators.
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