FR3081395A1 - Architecture de traction electrique basse tension pour vehicule automobile autonome - Google Patents

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Abstract

L'invention porte principalement sur une architecture de traction (10) pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte: - une première machine électrique tournante (11.1), - une deuxième machine électrique tournante (11.2), et - un premier module de batterie (12.1) et un deuxième module de batterie (12.2) destinés à alimenter la première machine électrique tournante (11.1) et/ou la deuxième machine électrique tournante (11.2), - le premier module de batterie (12.1) et le deuxième module de batterie (12.2) présentant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts.

Description

ARCHITECTURE DE TRACTION ÉLECTRIQUE BASSE TENSION POUR VÉHICULE AUTOMOBILE AUTONOME
La présente invention porte sur une architecture de traction électrique basse tension pour véhicule automobile autonome.
De façon connue en soi, une chaîne de traction électrique ou hybride comporte une machine électrique réversible implantée sur un des trains du véhicule automobile. La machine électrique est généralement une machine réversible apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer un roulage électrique.
On connaît des architectures de traction mettant en œuvre des machines électriques de forte puissance, de l'ordre de 50kW, connectées sur un réseau électrique présentant une tension de fonctionnement de 300 Volts. De telles architectures présentent donc un risque sécuritaire lors des interventions en service après-vente.
Par ailleurs, la plupart des véhicules électriques ou hybrides actuels ne sont pas adaptés aux nouvelles normes des véhicules autonomes qui imposent une redondance des organes de traction et de leur système d'alimentation.
L'invention vise à remédier efficacement à au moins un de ces inconvénients en proposant une architecture de traction pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte:
- une première machine électrique tournante,
- une deuxième machine électrique tournante, et
- un premier module de batterie et un deuxième module de batterie destinés à alimenter la première machine électrique tournante et/ou la deuxième machine électrique tournante,
- le premier module de batterie et le deuxième module de batterie présentant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts.
L'invention permet ainsi, grâce à la redondance d'utilisation des machines électriques tournantes et des modules de batterie, de remplir les exigences imposées par les véhicules autonomes afin de garantir une traction du véhicule en cas de défaillance d'un de ses organes. En outre, l'invention permet d'optimiser l'accélération du véhicule automobile purement électrique ainsi que son autonomie et sa fiabilité. L'invention permet en outre de réduire le coût de l'architecture de traction du fait de la taille réduite des machines électriques tournantes et des modules de batterie. Le risque sécuritaire est également supprimé grâce aux faibles tensions d'alimentation mises en jeu.
Selon une réalisation, le premier module de batterie et le deuxième module de batterie sont séparés l'un par rapport à l'autre et intégrés chacun dans une batterie indépendante.
Selon une réalisation, le premier module de batterie et le deuxième module de batterie sont intégrés dans une même batterie et connectés en parallèle l'un par rapport à l'autre.
Selon une réalisation, la première machine électrique tournante et la deuxième machine électrique tournante sont associées à un même réducteur de vitesse.
Selon une réalisation, le réducteur de vitesse comporte des ratios de réduction identiques ou différents pour les machines électriques tournantes.
Selon une réalisation, la première machine électrique tournante et la deuxième machine électrique tournante sont associées chacune à un réducteur de vitesse indépendant.
Selon une réalisation, les réducteurs de vitesse comportent des ratios de réduction identiques ou différents pour les machines électriques tournantes.
Selon une réalisation, chaque machine électrique tournante est associée à un dispositif de désaccouplement apte à déconnecter la machine électrique tournante correspondante par rapport à des roues lorsque le véhicule automobile dépasse une vitesse seuil.
Selon une réalisation, la tension de fonctionnement du premier module de batterie et du deuxième module de batterie est de 48Volts.
Selon une réalisation, chaque machine électrique tournante présente une puissance comprise entre 15kW et 25kW.
Selon une réalisation, la première machine électrique tournante et la deuxième machine électrique tournante sont configurées pour assurer seules ou en combinaison la traction du véhicule automobile.
Selon une réalisation, la première machine électrique tournante et la deuxième machine électrique tournante sont de type synchrone à aimants permanents ou à excitation ou de type asynchrone.
L'invention a également pour objet un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte une architecture de traction telle que précédemment définie.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
Les figures 1a et 1b sont des représentations schématiques de variantes de réalisation des modules de batterie pour un premier mode de réalisation de l'architecture de traction selon la présente invention;
La figure 1c est une représentation schématique des réducteurs de vitesse indépendants utilisés dans le mode de réalisation des figures 1a et 1b;
Les figures 2a et 2b sont des représentations schématiques de variantes de réalisation des modules de batterie pour un deuxième mode de réalisation de l'architecture de traction selon la présente invention;
La figure 2c est une représentation schématique du réducteur de vitesse commun utilisé dans le mode de réalisation des figures 2a et 2b;
Les figures 3a et 3b sont des représentations schématique d'un premier type de batterie et d'un deuxième type de batterie pouvant être utilisés dans l'architecture de traction selon l'invention;
La figure 4 est une représentation schématique des réseaux électriques interfacés mis en œuvre dans l'architecture de traction selon la présente invention.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.
La figure 1 montre une architecture de traction 10 pour véhicule automobile comportant une première machine électrique tournante 11.1 et une deuxième machine électrique tournante 11.2 de type réversible. Chaque machine électrique 11.1, 11.2 est apte à fonctionner dans un mode générateur lors d'une phase de freinage récupératif pour recharger au moins un module de batterie ainsi que dans un mode moteur pour assurer un roulage électrique du véhicule automobile.
Un premier module de batterie 12.1 et un deuxième module de batterie 12.2 sont destinés à alimenter la première machine électrique tournante 11.1 et/ou la deuxième machine électrique tournante 11.2.
Le premier module de batterie 12.1 et le deuxième module de batterie 12.2 présentent une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. Cette tension de fonctionnement vaut de préférence 48 Volts.
Dans le mode de réalisation de la figure 1a, la machine électrique 11.1 est implantée sur le train avant 13.1 et la machine électrique tournante 11.2 est implantée sur le train arrière 13.2. Le premier module de batterie 12.1 et le deuxième module de batterie 12.2 sont séparés l'un par rapport à l'autre et intégrés chacun dans une batterie distincte 14.1, 14.2. Comme on peut le voir sur la figure 3a, chaque batterie 14.1, 14.2 comporte un interrupteur
15.1, 15.2 associé à un module de batterie 12.1, 12.2 correspondant apte à s'ouvrir afin d'isoler le module de batterie en cas de dysfonctionnement.
Dans le mode de réalisation de la figure 1b, le module de batterie 12.1 et le module de batterie 12.2 sont intégrés dans une même batterie 14 et connectés en parallèle l'un par rapport à l'autre. Comme on peut le voir sur la figure 3b, la batterie 14 comporte deux interrupteurs 15.1, 15.2 associés chacun à un module de batterie 12.1, 12.2 correspondant. Ces interrupteurs
15.1, 15.2 sont aptes à s'ouvrir afin d'isoler le module de batterie 12.1, 12.2 en cas de dysfonctionnement.
Dans les modes de réalisation des figures 1a et 1b, la machine électrique
11.1 et la machine électrique 11.2 sont associées chacune à un réducteur de vitesse distinct 17.1, 17.2, tel que montré sur la figure 1c. Les réducteurs de vitesse 17.1, 17.2 comportent des ratios de réduction R1, R2 identiques ou différents pour les machines électriques tournantes 11.1, 11.2. L'utilisation de ratios de réduction R1, R2 différents permet de garantir un décollage puissant et d'optimiser la consommation électrique à haute vitesse. Dans ce cas, seule la machine électrique associée au petit ratio de vitesse reste connectée aux roues 18.
En outre, un dispositif de désaccouplement 19.1, 19.2 associé à chaque machine électrique 11.1, 11.2 est apte à déconnecter la machine électrique par rapport aux roues 18 lorsque le véhicule dépasse une vitesse seuil. Cela permet de ne pas dépasser la vitesse maximale autorisée pour la machine électrique 11.1, 11.2 et de supprimer les pertes à haute vitesse lorsque la machine électrique 11.1, 11.2 n'est pas utilisée.
Dans le mode de réalisation de la figure 2a, la machine électrique 11.1 et la machine électrique 11.2 sont implantées sur le même train du véhicule, en l'occurrence le train arrière 13.2. En variante, les deux machines électriques
11.1, 11.2 pourront être implantées sur le train avant 13.1.
Le premier module de batterie 12.1 et le deuxième module de batterie 12.2 sont séparés l'un par rapport à l'autre et intégrés chacun dans une batterie distincte 14.1, 14.2. Comme on peut le voir sur la figure 3a, chaque batterie
14.1, 14.2 comporte un interrupteur 15.1, 15.2 associé à un module de batterie 12.1, 12.2 correspondant apte à s'ouvrir afin d'isoler le module de batterie 12.1, 12.2 en cas de dysfonctionnement.
Dans le mode de réalisation de la figure 2b, le premier module de batterie
12.1 et le deuxième module de batterie 12.2 sont intégrés dans une même batterie 14 et connectés en parallèle l'un par rapport à l'autre. Comme on peut le voir sur la figure 3b, la batterie 14 comporte deux interrupteurs 15.1,
15.2 associés chacun à un module de batterie 12.1, 12.2 correspondant. Ces interrupteurs 15.1, 15.2 sont aptes à s'ouvrir afin d'isoler le module de batterie 12.1, 12.2 en cas de dysfonctionnement.
Dans les modes de réalisation des figures 2a et 2b, la première machine électrique tournante 11.1 et la deuxième machine électrique tournante 11.2 sont associées à un même réducteur de vitesse 17, tel que montré sur la figure 2c. Le réducteur de vitesse 17 comporte des ratios de réduction R1 et R2 identiques ou différents pour les machines électriques 11.1, 11.2. L'utilisation de ratios de réduction R1, R2 différents permet de garantir un décollage puissant et d'optimiser la consommation électrique à haute vitesse. Dans ce cas, seule la machine électrique associée au petit ratio de vitesse reste connectée aux roues 18.
En outre, un dispositif de désaccouplement 19.1, 19.2 associé à chaque machine électrique 11.1, 11.2 est apte à déconnecter la machine électrique par rapport aux roues 18 lorsque le véhicule dépasse une vitesse seuil. Cela permet de ne pas dépasser la vitesse maximale autorisée pour la machine électrique 11.1, 11.2 et de supprimer les pertes à haute vitesse lorsque la machine électrique 11.1, 11.2 n'est pas utilisée.
Comme on peut le voir sur la figure 4, les deux machines électriques 11.1,
11.2 sont connectées à un premier réseau électrique 21 sur lequel sont également branchés les modules de batterie 12.1, 12.2. Ce réseau électrique 21 présente une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts et valant de préférence 48 Volts. D'autres charges électriques 22 pourront également être connectées sur le réseau électrique 21.
Chaque machine électrique 11.1, 11.2 pourra présenter une puissance comprise entre 15kW et 25 kW. En utilisant deux machines électriques de 15kW, on pourra obtenir une puissance totale de 30kW; tandis que l'utilisation de deux machines électrique de 25 kW permet d'obtenir une puissance de 50kW suffisante pour garantir une bonne accélération et une vitesse de pointe élevée du véhicule automobile.
Les machines électriques 11.1, 11.2 pourront par exemple être des machines de type synchrone à aimants permanents ou à excitation. En variante, on pourra également utiliser des machines électriques de type asynchrone. Le circuit de refroidissement des machines électriques 11.1, 11.2 pourra être à base d'eau ou d'huile.
Le réseau électrique 21 est interfacé avec un deuxième réseau électrique basse tension 24 par l'intermédiaire d'un convertisseur de puissance continu/continu 25. Le calculateur moteur 26 ainsi que des consommateurs électriques 27 du véhicule de type éclairage, actionneurs de vitres ou de sièges sont connectés au réseau électrique 24. Ce réseau électrique 24 appelé réseau de bord est associé à une batterie 30 présentant une tension de fonctionnement inférieure à celle du premier réseau électrique 21. La tension de fonctionnement du réseau électrique 24 est de préférence de l'ordre de 12 Volts.
La première machine électrique 11.1 et la deuxième machine électrique 11.2 sont configurées pour assurer seules ou en combinaison la traction du véhicule automobile. Ainsi, dans le cas où la puissance requise par le véhicule automobile n'est pas élevée, une seule machine électrique 11.1,
11.2 peut assurer la traction du véhicule, l'autre machine électrique étant déconnectée des roues 18 pour minimiser les pertes.
Avantageusement, on prévoit une fonction F de répartition de couple entre la première machine électrique 11.1 et la deuxième machine électrique 11.2. Cette fonction F de répartition reçoit en entrée un couple de consigne Tcons correspondant à une volonté d'accélération de la part du conducteur. Cette fonction F exploite une cartographie de rendement Cart_rend pour répartir le couple de consigne Tcons entre les deux machines électriques 11.1, 11.2 de manière à obtenir le meilleur rendement de fonctionnement possible pour les machines électriques 11.1, 11.2. La première machine électrique 11.1 applique ainsi un couple T1 et la deuxième machine électrique 11.2 applique un couple T2, la somme des couples T1 et T2 étant égal à Tcons. Dans certains cas, il est possible que l'un des deux couples T1 ou T2 soit nul afin d'optimiser le rendement d'une des machines électriques de traction. La fonction F de répartition de couple est intégrée dans un module de contrôle maître d'une des machines électriques 11.1, 11.2. En variante, la fonction F de répartition de couple est intégrée dans le calculateur moteur 26.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS
    1. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte:
    - une première machine électrique tournante (11.1),
    - une deuxième machine électrique tournante (11.2), et
    - un premier module de batterie (12.1) et un deuxième module de batterie (12.2) destinés à alimenter la première machine électrique tournante (11.1) et/ou la deuxième machine électrique tournante (11.2),
    - le premier module de batterie (12.1) et le deuxième module de batterie (12.2) présentant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts.
  2. 2. Architecture de traction (10) selon la revendication 1, caractérisée en le premier module de batterie (12.1) et le deuxième module de batterie (12.2) sont séparés l'un par rapport à l'autre et intégrés chacun dans une batterie (14.1, 14.2) indépendante.
  3. 3. Architecture de traction (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier module de batterie (12.1) et le deuxième module de batterie (12.2) sont intégrés dans une même batterie (14) et connectés en parallèle l'un par rapport à l'autre.
  4. 4. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la première machine électrique tournante (11.1) et la deuxième machine électrique tournante (11.2) sont associées à un même réducteur de vitesse (17).
  5. 5. Architecture de traction (10) selon la revendication 4, caractérisée en ce que le réducteur de vitesse (17) comporte des ratios de réduction (R1, R2) identiques ou différents pour les machines électriques tournantes (11.1, 11.2).
  6. 6. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la première machine électrique tournante (11.1) et la deuxième machine électrique tournante (11.2) sont associées chacune à un réducteur de vitesse (17.1, 17.2) indépendant.
  7. 7. Architecture de traction (10) selon la revendication 6, caractérisée en ce que les réducteurs de vitesse (17.1, 17.2) comportent des ratios de réduction identiques ou différents pour les machines électriques tournantes (11.1, 11.2).
  8. 8. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que chaque machine électrique tournante (11.1, 11.2) est associée à un dispositif de désaccouplement (19.1, 19.2) apte à déconnecter la machine électrique tournante (11.1, 11.2) correspondante par rapport à des roues (18) lorsque le véhicule automobile dépasse une vitesse seuil.
  9. 9. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la tension de fonctionnement du premier module de batterie (12.1) et du deuxième module de batterie (12.2) est de 48Volts.
  10. 10. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que chaque machine électrique tournante (11.1, 11.2) présente une puissance comprise entre 15kWet 25kW.
  11. 11. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la première machine électrique tournante (11.1) et la deuxième machine électrique tournante (11.2) sont configurées pour assurer seules ou en combinaison la traction du véhicule automobile.
  12. 12. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la première machine électrique tournante (11.1) et la deuxième machine électrique tournante (11.2) sont de type synchrone à aimants permanents ou à excitation ou de type asynchrone.
  13. 13. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte une architecture de traction (10) telle que définie selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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