FR3125473A1 - Modular ELECTRIC TRACTION vehicle - Google Patents

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Abstract

L’invention porte sur un véhicule à traction électrique (1) modulaire comprenant un moteur électrique, une batterie d’alimentation du moteur électrique (20), un système de transfert de puissance (3) pour le transfert d’une puissance de sortie au moteur électrique, un superviseur central (4) assurant la gestion de l’énergie du véhicule, raccordé à la batterie (20) et au système de transfert de puissance (3), caractérisé en ce que le système de transfert de puissance (3) comporte au moins un module de puissance (30, 31) reliés au moteur électrique et raccordé connectiquement entre eux et au superviseur central (4), chaque module de puissance (30) individuel étant monté de manière amovible dans un rack (300) dédié et interchangeable avec un module de puissance (30, 31) se présentant sous la forme d’une batterie (30) ou d’un groupe électrogène (31). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1The invention relates to a modular electric traction vehicle (1) comprising an electric motor, an electric motor supply battery (20), a power transfer system (3) for transferring an output power to the electric motor, a central supervisor (4) managing the energy of the vehicle, connected to the battery (20) and to the power transfer system (3), characterized in that the power transfer system (3) comprises at least one power module (30, 31) connected to the electric motor and connected in connection between them and to the central supervisor (4), each individual power module (30) being removably mounted in a dedicated rack (300) and interchangeable with a power module (30, 31) in the form of a battery (30) or a generator (31). Figure to be published with abstract: Fig. 1

Description

Véhicule A TRACTION ELECTRIQUE modulaireModular ELECTRIC TRACTION vehicle

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTIONTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

L’invention concerne le domaine des véhicules automobiles, et se rapporte plus particulièrement à un véhicule automobile à traction électrique modulaire.The invention relates to the field of motor vehicles, and relates more particularly to a motor vehicle with modular electric traction.

L’invention est destinée notamment mais non exclusivement à un véhicule hybride en série.The invention is intended in particular but not exclusively for a series hybrid vehicle.

ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART

De manière connue, un véhicule hybride en série comprend un moteur électrique, une batterie d’alimentation du moteur électrique, un groupe électrogène, et un superviseur central assurant la gestion de l’énergie du véhicule raccordé à la batterie.In known manner, a series hybrid vehicle comprises an electric motor, a battery supplying the electric motor, a generator, and a central supervisor ensuring the management of the energy of the vehicle connected to the battery.

Il existe actuellement deux types de configuration de véhicules hybride en série.There are currently two types of serial hybrid vehicle configurations.

La première configuration est une configuration dans laquelle l’autonomie du véhicule en mode électrique est privilégiée. On parle de mode « prolongateur d’autonomie ». Dans cette configuration, la batterie d’alimentation du moteur électrique est choisie pour prendre en charge intégralement la puissance instantanée du véhicule, le groupe électrogène fournissant quant à lui la puissance moyenne consommée par le véhicule. La taille de batterie est donc nécessairement importante. Si cette configuration présente l’avantage d’une forte autonomie en mode électrique seul du fait du choix de la taille de batterie et d’une optimisation du rendement du groupe électrogène électrique du fait qu’il fonctionne sur un nombre de points de fonctionnement limités, elle présente cependant des inconvénients. En premier lieu, la batterie nécessaire pour assurer une autonomie complète du véhicule présente une masse élevée et un encombrement important; inconvénient se répercutant alors en terme de coût de construction. En deuxième lieu, en cas d’utilisation intensive (puissance moyenne consommée supérieure à la puissance fournie par le groupe électrogène), la performance du véhicule est limitée par la capacité de la batterie et le temps nécessaire pour la recharge de la batterie.The first configuration is a configuration in which the autonomy of the vehicle in electric mode is privileged. This is referred to as “range extender” mode. In this configuration, the electric motor supply battery is chosen to fully support the instantaneous power of the vehicle, while the generator set provides the average power consumed by the vehicle. The size of the battery is therefore necessarily important. If this configuration has the advantage of a high autonomy in electric mode only due to the choice of the battery size and an optimization of the efficiency of the electric generator set due to the fact that it operates on a limited number of operating points , it does however have drawbacks. Firstly, the battery required to ensure complete autonomy of the vehicle has a high mass and a large bulk; disadvantage is then reflected in terms of construction cost. Secondly, in the event of intensive use (average power consumed greater than the power supplied by the generating set), the performance of the vehicle is limited by the capacity of the battery and the time required to recharge the battery.

La deuxième configuration est une configuration dans laquelle la puissance instantanée est fournie par le générateur, la batterie servant à lisser les appels de charges brusques qui requièrent une réponse dans un temps inférieur au temps de réaction du générateur. On parle de mode de « Transmission continument variable ». Cette architecture a pour avantage de permettre de réduire la masse, l’encombrement et le coût de la batterie, la seule limite à l’utilisation intensive étant la capacité du réservoir de carburant. Cette architecture présente cependant l’inconvénient d’offrir une faible autonomie en mode électrique seul, du fait de la taille de la batterie. Il présente également le désavantage que, pour s’adapter à la demande de puissance instantanée, le générateur électrique fonctionne sur un nombre de points de fonctionnement étendu, ce qui limite l’optimisation de son rendement.The second configuration is a configuration in which the instantaneous power is supplied by the generator, the battery being used to smooth sudden load calls which require a response in a time less than the reaction time of the generator. This is referred to as “Continuously Variable Transmission” mode. This architecture has the advantage of reducing the mass, size and cost of the battery, the only limit to intensive use being the capacity of the fuel tank. However, this architecture has the disadvantage of offering low autonomy in electric mode alone, due to the size of the battery. It also has the disadvantage that, to adapt to the instantaneous power demand, the electric generator operates on an extended number of operating points, which limits the optimization of its efficiency.

Le choix entre ces deux configurations se fait en fonction de l’utilisation du véhicule. Ainsi, pour un véhicule évoluant en milieu urbain, la demande de puissance moyenne est peu élevée, et le besoin en autonomie électrique est augmenté (notamment dans les zones qualifiées de zones à faibles émissions - ZFE). Dans ce cas, le mode à privilégier est alors le « Prolongateur d’autonomie ». Pour un véhicule évoluant en milieu rural, et notamment en milieux particulièrement montagneux, le besoin en puissance moyenne s’avère important tandis que le besoin en autonomie 100% électrique reste faible. Dans ce cas, le mode à privilégier est alors le mode « Transmission continument variable ». La configuration dans laquelle le véhicule a été conçu n’est donc pas toujours la configuration la plus adaptée aux milieux dans lesquels ils évoluent, notamment en cas de changement de la typologie du milieu environnant. Cette problématique est par exemple notamment rencontrée, mais non exclusivement, par les véhicules de livraison en fonction des missions qui leurs sont affectées.The choice between these two configurations is made according to the use of the vehicle. Thus, for a vehicle operating in an urban environment, the average power demand is low, and the need for electric autonomy is increased (especially in areas qualified as low emission zones - ZFE). In this case, the preferred mode is the "Range extender". For a vehicle operating in a rural environment, and in particular in particularly mountainous environments, the need for average power is high, while the need for 100% electric range remains low. In this case, the preferred mode is then the "Continuously variable transmission" mode. The configuration in which the vehicle was designed is therefore not always the most suitable configuration for the environments in which they operate, particularly in the event of a change in the type of the surrounding environment. This problem is for example encountered in particular, but not exclusively, by delivery vehicles depending on the missions assigned to them.

L’invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un véhicule hybride en série dont la source de puissance instantanée et l’autonomie électrique est facilement configurable en fonction du milieu environnemental dans lequel le véhicule doit évoluer.The invention aims to remedy these problems by proposing a series hybrid vehicle whose instantaneous power source and electric autonomy is easily configurable according to the environmental medium in which the vehicle must operate.

OBJET DE L’INVENTIONOBJECT OF THE INVENTION

A cet effet, l’invention propose un véhicule à traction électrique modulaire comprenant un moteur de traction électrique, une batterie fixe d’alimentation du moteur de traction électrique, un système de transfert de puissance pour le transfert d’une puissance de sortie au moteur de traction électrique, un superviseur central assurant la gestion de l’énergie du véhicule, raccordé à la batterie et au système de transfert de puissance, l’invention étant remarquable en ce que le système de transfert de puissance comporte au moins un module de puissance (ou module générateur de puissance) du type batterie, groupe électrogène ou une pile à combustible, monté dans un rack dédié et relié au moteur électrique et au superviseur central, ledit module de puissance étant amovible et interchangeable avec un autre module de puissance choisi parmi un groupe d’appareils comprenant une batterie, un groupe électrogène ou une pile à combustible.To this end, the invention proposes a modular electric traction vehicle comprising an electric traction motor, a fixed battery supplying the electric traction motor, a power transfer system for transferring an output power to the motor of electric traction, a central supervisor ensuring the management of the energy of the vehicle, connected to the battery and to the power transfer system, the invention being remarkable in that the power transfer system comprises at least one power module (or power generator module) of the battery, generator or fuel cell type, mounted in a dedicated rack and connected to the electric motor and to the central supervisor, said power module being removable and interchangeable with another power module chosen from a group of devices comprising a battery, a generator or a fuel cell.

Grâce à l’interchangeabilité des modules de puissance, le système de transfert de puissance peut être modulé en fonction des besoins. Le véhicule à traction électrique présente ainsi un caractère évolutif en fonction des besoins.Thanks to the interchangeability of the power modules, the power transfer system can be modulated according to the needs. The electric traction vehicle thus has an evolutionary character according to the needs.

Par rack, on désigne tout réceptacle, logement, compartiment ou similaires apte à recevoir un module de puissance, au moyen d’une connectique rapide.By rack, we mean any receptacle, housing, compartment or similar capable of receiving a power module, by means of fast connectors.

Selon un mode de réalisation préféré, le véhicule à traction électrique modulaire comporte au moins deux modules de puissance individuels amovibles raccordés connectiquement entre eux et respectivement interchangeables avec un autre module de puissance choisi parmi un groupe d’appareils comprenant une batterie, un groupe électrogène ou une pile à combustible.According to a preferred embodiment, the modular electric traction vehicle comprises at least two removable individual power modules interconnected in connection with each other and respectively interchangeable with another power module chosen from a group of devices comprising a battery, a generator or a fuel cell.

Avantageusement, les racks recevant les modules de puissance comportent une interface de connexion permettant une connexion commune des modules de puissance avec le système de refroidissement du véhicule, la connectique de puissance électrique et le superviseur central.Advantageously, the racks receiving the power modules comprise a connection interface allowing a common connection of the power modules with the cooling system of the vehicle, the electrical power connectors and the central supervisor.

Avantageusement, les racks recevant les modules de puissance sont indépendants les uns des autres.Advantageously, the racks receiving the power modules are independent of each other.

Avantageusement, les modules de puissance de même catégorie reçus dans les racks sont en tout ou partie de même type. Dans la catégorie module « batterie », les batteries peuvent être par exemple des batteries nickel-métal-hydrure, des batteries lithium-ion et lithium-polymère, etc.. Dans la catégorie « groupe électrogène », les générateurs peuvent être par exemple des générateurs diesel, essence, chimiques, thermochimiques, etc. Ainsi, le système de transfert de puissance peut comprendre soit un arrangement de modules « batterie » de même type ou de types différents, soit un arrangement de modules « groupe électrogène » dans lesquels les générateurs sont de même type ou de type différent, soit une combinaison de modules « batterie » de même type ou de types différents et de modules « groupe électrogène » avec des générateurs de même type ou de types différents.Advantageously, the power modules of the same category received in the racks are wholly or partly of the same type. In the “battery” module category, the batteries can be, for example, nickel-metal-hydride batteries, lithium-ion and lithium-polymer batteries, etc. In the “generator set” category, the generators can be, for example, diesel, gasoline, chemical, thermochemical generators, etc. Thus, the power transfer system can comprise either an arrangement of "battery" modules of the same type or of different types, or an arrangement of "generator set" modules in which the generators are of the same type or of different types, or a combination of “battery” modules of the same or different types and of “generator set” modules with generators of the same or different types.

Avantageusement, les groupes électrogènes comportent un calculateur pour le calcul de la puissance à produire, selon un rendement défini comme étant le rendement optimal, à partir d’une demande de puissance en provenance du superviseur central.Advantageously, the generating sets include a computer for calculating the power to be produced, according to a yield defined as being the optimum yield, based on a power request from the central supervisor.

Avantageusement, le superviseur central est arrangé pour transmettre des demandes individuelles de puissance ou de décharge aux modules de puissance en place dans le rack dédié.Advantageously, the central supervisor is arranged to transmit individual power or discharge requests to the power modules in place in the dedicated rack.

Avantageusement, le superviseur central comporte des moyens de reconnaissance des modules de puissance en place dans les racks afin d’adapter la stratégie de demande de puissance en fonction des typologies de modules installés.Advantageously, the central supervisor includes means for recognizing the power modules in place in the racks in order to adapt the power demand strategy according to the types of modules installed.

Avantageusement, les modules de puissance sont communs à plusieurs types de véhicule, cette standardisation facilitant la maintenance de flottes de véhicules.Advantageously, the power modules are common to several types of vehicle, this standardization facilitating the maintenance of fleets of vehicles.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF FIGURES

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées et dans lesquelles :
La représente un diagramme schématique simplifié illustrant les composants d’un véhicule hybride en série modulaire selon une première configuration de l’invention ;
La représente une vue de détail d’un système de transfert de puissance du véhicule hybride de la ;
La représente une vue du système de transfert de puissance de la dans lequel le module « batterie » a été remplacé par un module « groupe électrogène » ;
La représente une vue de détail d’un système de transfert de puissance d’un véhicule hybride en série modulaire selon une autre configuration de l’invention.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the detailed description of the invention which will follow with reference to the appended figures and in which:
There shows a simplified schematic diagram illustrating the components of a modular series hybrid vehicle according to a first configuration of the invention;
There shows a detail view of a power transfer system of the hybrid vehicle of the ;
There shows a view of the power transfer system of the in which the “battery” module has been replaced by a “generator” module;
There shows a detail view of a power transfer system of a modular series hybrid vehicle according to another configuration of the invention.

Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.For greater clarity, identical or similar elements of the different embodiments are marked with identical reference signs in all of the figures.

Claims (7)

Véhicule à traction électrique (1) modulaire comprenant
  • un moteur de traction électrique,
  • une batterie fixe (20) d’alimentation du moteur de traction électrique,
  • un système de transfert de puissance (3) pour le transfert d’une puissance de sortie au moteur de traction électrique,
  • un superviseur central (4) assurant la gestion de l’énergie du véhicule, raccordé à la batterie (20) et au système de transfert de puissance (3),
caractérisé en ce que le système de transfert de puissance (3) comporte au moins un module de puissance (30, 31) du type batterie, groupe électrogène ou une pile à combustible, monté dans un rack (300) dédié et relié au moteur électrique et au superviseur central (4), ledit module de puissance étant amovible et interchangeable avec un autre module de puissance (30, 31) choisi parmi un groupe d’appareils comprenant une batterie, un groupe électrogène ou une pile à combustible.Modular electric traction vehicle (1) comprising
  • an electric traction motor,
  • a fixed battery (20) supplying the electric traction motor,
  • a power transfer system (3) for transferring output power to the electric traction motor,
  • a central supervisor (4) managing the energy of the vehicle, connected to the battery (20) and to the power transfer system (3),
characterized in that the power transfer system (3) comprises at least one power module (30, 31) of the battery, generator or fuel cell type, mounted in a dedicated rack (300) and connected to the electric motor and to the central supervisor (4), said power module being removable and interchangeable with another power module (30, 31) selected from a group of devices comprising a battery, a generator or a fuel cell. Véhicule à traction électrique (1) modulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte au moins deux modules de puissance (30, 31) individuels amovibles raccordés connectiquement entre eux et respectivement interchangeables avec un autre module de puissance (30, 31) choisi parmi un groupe d’appareils comprenant une batterie, un groupe électrogène ou une pile à combustible.Modular electric traction vehicle (1) according to claim 1, characterized in that it comprises at least two removable individual power modules (30, 31) interconnected in connection with each other and respectively interchangeable with another power module (30, 31 ) chosen from a group of devices comprising a battery, a generator or a fuel cell. Véhicule à traction électrique (1) modulaire selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les racks (300) recevant les modules de puissance (30, 31) comportent une interface de connexion permettant une connexion commune des modules de puissance avec le système de refroidissement du véhicule, la connectique de puissance électrique et le superviseur central (4).Modular electric traction vehicle (1) according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that the racks (300) receiving the power modules (30, 31) comprise a connection interface allowing a common connection of the power modules with the vehicle cooling system, the electrical power connectors and the central supervisor (4). Véhicule à traction électrique (1) modulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les racks (300) recevant les modules de puissance (30, 31) sont indépendants les uns des autres.Modular electric traction vehicle (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the racks (300) receiving the power modules (30, 31) are independent of one another. Véhicule à traction électrique (1) modulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les groupes électrogènes comportent un calculateur pour le calcul de la puissance à produire selon un rendement défini comme étant le rendement optimal à partir d’une demande de puissance en provenance du superviseur central (4).Modular electric traction vehicle (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the generating sets comprise a computer for calculating the power to be produced according to a yield defined as being the optimum yield based on a demand power from the central supervisor (4). Véhicule à traction électrique (1) modulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le superviseur central (4) est arrangé pour transmettre des demandes individuelles de puissance ou de décharge aux modules de puissance (30, 31) en place dans le rack (300) dédié.Modular electric traction vehicle (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the central supervisor (4) is arranged to transmit individual power or discharge requests to the power modules (30, 31) in place in the dedicated rack (300). Véhicule à traction électrique (1) modulaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le superviseur central (4) comporte des moyens de reconnaissance des modules de puissance (30, 31) en place dans les racks (300).Modular electric traction vehicle (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the central supervisor (4) includes means for recognizing the power modules (30, 31) in place in the racks (300).
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