BLOC GENERATEUR D'ENERGIE INTELLIGENT POUR MAINTENIR CHARGEES LES BATTERIES D'UN VEHICULE ELECTRIQUE
Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine des véhicules automoteurs et elle concerne en particulier l'alimentation en courant des moteurs électriques entraînant les véhicules de type général électrique.
Un problème préoccupant à l'heure actuelle est le taux élevé de pollution atmosphérique et il est connu depuis ces dernières années qu'un facteur important de la pollution atmosphérique est la pollution due aux éléments nocifs, notamment le CO2, présents dans les gaz d'échappement des nombreux véhicules automobiles qui engorgent les villes.
Pour réduire cette pollution par le CO2, il a certes déjà été proposé d'utiliser le moteur électrique pour les véhicules. Cependant, l'inconvénient majeur des véhicules électriques réside dans le poids et l'encombrement des batteries d'alimentation et dans l'autonomie limitée de ces véhicules par suite de la capacité limitée des batteries d'aiimentation.
Diverses réalisations de véhicules hybrides équipés d'un moteur électrique et d'un moteur à combustion interne ont déjà été proposées mais tous ces projets sont complexes ou n'apportent qu'une solution partielle au problème d'autonomie des véhicules électriques.
L'invention vise à apporter une solution globale au problème d'autonomie des véhicules électriques et au problème de poids et d'encombrement des batteries qui alimentent les moteurs électriques de traction de ces véhicules. Elle vise ainsi à apporter une contribution significative à la réduction de la pollution atmosphérique et du bruit dus à la circulation automobile,, en particulier dans les villes.
Résumé de l'invention
Un aspect majeur de l'invention est de proposer un dispositif destiné à être monté à bord d'un véhicule automoteur généralement électrique, même un véhicule existant, afin de recharger en permanence les batteries alimentant le moteur de traction du véhicule, pendant ou sans que celles-ci alimentent le moteur de traction, et permettre ainsi à ce véhicule de rouler sans problème d'autonomie tout en respectant l'environnement.
Le dispositif suivant l'invention comprend bloc générateur d'énergie, de préférence non polluant, agencé pour générer un courant électrique destiné à charger les batteries et/ou alimenter le moteur électrique de traction d'un véhicule, et un dispositif de régulation électronique agencé pour contrôler la mise en marche du générateur d'énergie afin de réguler la fourniture de courant par le générateur de manière à maintenir les batteries chargées de façon optimale, indépendamment de la demande de cour.ant du moteur électrique de traction.
Le bloc générateur d'énergie comprend une partie génératrice de courant électrique destinée à être connectée aux batteries et/ou au moteur électrique de traction d'un véhicule automoteur et une partie moteur agencée pour entraîner la partie génératrice de courant électrique en réponse à des signaux de commande. La partie génératrice de courant électrique peut être constituée d'un dispositif quelconque connu en soi, agencé pour produire un courant alternatif ou continu. l_a partie moteur, de type thermique ou autre, est constituée d'un moteur quelconque connu en soi, de préférence un moteur alimenté en hydrogène, de pollution zéro, en hythane, en gaz LPG peu polluant ou tout autre carburant non polluant.
Le dispositif de régulation est constitué de processeurs électroniques agencés pour produire des signaux de commande destinés à mettre en marche la partie moteur et la partie génératrice de courant électrique lorsque le moteur électrique de traction du véhicule demande ou dépense de l'énergie ou lorsque le niveau de chargement des batteries diminue. A ce moment, la génératrice de courant électrique alimente le moteur électrique de traction et/ou recharge les batteries. Le moteur du générateur d'énergie et la génératrice de courant électrique qui lui est associée s'arrêtent automatiquement lorsque les batteries sont chargées et par conséquent le générateur d'énergie ne fonctionne pas de manière continue, la consommation de caώurant est faible et l'usure du générateur d'énergie est réduite. De plus, la génératrice de courant tourne en régime régulier, ce qui est qui est bénéfique au rendement car, de cette
manière, les batteries servent de tampon et de réserve d'énergie pour absorber les à-coups de demande de courant du moteur de traction.
Le dispositif suivant l'invention constitue un générateur d'énergie intelligent qui fournit du courant en fonction des besoins et garantit toujours une réserve d'énergie disponible pour la traction, permettant de la sorte à un véhicule électrique de rouler avec une parfaite autonomie, même sur de longues distances . L'invention permet ainsi de supprimer la limite d'autonomie qui, jusqu'à présent, constituait l'inconvénient majeur des véhicules électriques. De plus, par suite du fait que le dispositif intelligent intervient rapidement afin de maintenir les batteries en permanence chargées, le nombre de batteries à installer sur un véhicule électrique peut être réduit et il en résulte une réduction appréciable du poids et de l'encombrement des batteries devant être prévues à bord.
Le générateur d'énergie intelligent suivant l'invention peut également alimenter directement le moteur électrique de traction, permettant ainsi de pallier toute défaillance des batteries.
Le dispositif suivant l'invention est avantageusement réalisable sous la forme d'un ensemble compact, dénommé bloc générateur d'énergie, qui peut être placé à n'importe quel endroit disponible sur un véhicule, par exemple sous le capot du moteur ou même dans le coffre de tout véhicule électrique. Le bloc générateur peut occasionnellement être réalisé avec un groupe électrogène classique aménagé.
II va de soi que le dispositif suivant l'invention peut parfaitement équiper un véhicule électrique muni également de cellules solaires et qu'il trouve également une application avantageuse dans des domaines d'activités variés autres que celui des véhicules automobiles routiers, par exemple les bateaux, aéronefs légers, engins agricoles, engins de traction de mine, compresseurs et autres.
Suivant un développement de l'idée inventive, le dispositif suivant l'invention pourrait être aisément adapté pour permettre à la partie moteur du générateur d'énergie d'entraîner directement le système de traction d'un véhicule de manière que celui-ci puisse le cas échéant roule, soit à partir de l'énergie électrique, soit directement à partir de l'énergie de combustion d'un carburant propre dans le moteur du générateur d'énergie. Dans un cas particulièrement intéressant, il serait ainsi possible de réaliser une traction directe à partir d'hydrogène. La connexion directe entre la partie moteur du générateur d'énergie et le
système de traction peut se faire sous le contrôle du conducteur du véhicule à l'aide par exemple d'une manette accessible sur le tableau de bord du véhicule. Le conducteur du véhicule pourrait alors faire rouler son véhicule, soit à partir de l'énergie électrique fournie par les batteries ou des cellules solaires, soit à partir de l'énergie fournie par la partie moteur du générateur d'énergie suivant l'invention. Par le fait que le moteur du générateur d'énergie peut ainsi prendre en charge la traction du véhicule, le dispositif proposé par l'invention permet dans ce cas de pallier toute défaillance des batteries, du moteur électrique de traction ou des circuits électriques du véhicule.
D'autres particularités, avantages et variantes de l'invention apparaîtront à la lecture de l'exposé qui suit, accompagné des dessins ci-annexés.
Brève description des dessins
FIG. 1 est un schéma général simplifié d'un mode réalisation du dispositif d'alimentation en courant suivant l'invention;
FIG. 2 illustre un exemple de réalisation du dispositif de la FIG.1 , dans lequel est utilisé un générateur d'énergie suivant l'invention, réalisé sous la forme d'un bloc unitaire compact.
Description d'un exemple de réalisation
Le mode de réalisation illustré sur les dessins et décrit ci-après est un exemple d'exécution donné sans aucun esprit de limitation. Sur la figure 1 est représenté schématiquement en 10 le moteur électrique de traction d'un véhicule automobile électrique. L'énergie d'alimentation du moteur de traction 10 est fournie par le dispositif d'alimentation désigné dans son ensemble par 100 . Conformément à l'invention, le dispositif d'alimentation 100 comprend des batteries 110 et un dispositif agencé pour recharger les batteries 110 en permanence, lequel dispositif comprend un générateur d'énergie 120 constitué d'une partie génératrice de courant électrique 1.22 entraînée par une partie moteur 124, et un dispositif de régulation 130 agencé pour réguler la fourniture de courant par la génératrice 122 comme décrit plus loin. La tension de la génératrice de courant 122 correspond normalement à la tension du moteur de traction 10 et a celle des batteries 110. La partie moteur 124 est de
préférence constituée d'un moteur fonctionnant avec un carburant non polluant. Ce moteur peut par exemple être un moteur alimenté en gaz ou autre fluide tel que, par exemple, l'hydrogène ou l'hythane. Les signes de référence 126 et 128 désignent respectivement le démarreur du moteur 124 et la batterie de démarrage. Le couplage entre la partie moteur 124 et la partie génératrice de courant 122 est réalisé par un moyen quelconque connu en soi: courroie de transmission, engrenages ou tout autre moyen équivalent.
Conformément à l'invention, la partie moteur 124 est mise en marche sous le contrôle du dispositif de régulation - 130 constitué essentiellement de micro-processeurs connectés à des capteurs désignés dans leur ensemble par 132 et des sondes thermiques désignées dans leur ensemble par 134. Les micro-processeurs de régulation 130 sont agencés pour réguler la fourniture de courant électrique par la génératrice 122 en fonction de la diminution du niveau de chargement des batteries 110 et/ou de la demande d'énergie du moteur de traction 10. A cet effet, les microprocesseurs contrôlent en permanence la tension actuelle des batteries et produisent des signaux de commande CMD lorsque cette tension atteint un niveau de chargement minimum prédéterminé. Les signaux de commande CMD précités servent à actionner le démarreur 126 du moteur 124 et mettre ainsi celui-ci en marche pour entraîner la génératrice de courant 122 afin de recharger les batteries 110. Dès que la tension de celles-ci atteint un niveau de rechargement prédéterminé, les micro-processeurs interrompent les signaux de commande CMD de mise en action du démarreur du moteur 124 et celui-ci s'arrête. Le dispositif de régulation contrôle de cette manière la mise en marche du générateur d'énergie par séquences successives au fur et à mesure de la dépense d'énergie pour la traction ou de la diminution du niveau de chargement des batteries en-deçà d'un seuil prédéterminé. Ainsi, la génératrice de courant 122 fournit-elle du courant chaque fois qu'il y a un appel de courant par les batteries ou par le moteur de traction et cette fourniture de courant se trouve suspendue dès que cesse la demande d'énergie, mais elle reprend automatiquement dès qu'il y a une nouvelle demande de courant pour la traction ou une nouvelle diminution du niveau de chargement des batteries.
En bref, le générateur d'énergie 120 fonctionne suivant la demande, soit pour alimenter directement le moteur de traction 10 en passant par un variateur de courant (non représenté), soit pour recharger les batteries 110 et les maintenir ainsi chargées en permanence. Lorsqu'il doit tourner, le moteur électrique de traction 10 d'un véhicule électrique équipé du dispositif suivant l'invention se trouve donc toujours alimenté
en courant et le conducteur du véhicule ne doit plus guère se soucier de recharger à temps les batteries de son véhicule.
Un commutateur 133 peut être prévu sur le tableau de bord 20 du véhicule, par exemple, pour permettre au conducteur du véhicule de déconnecter temporairement le dispositif de régulation et de suspendre ainsi temporairement le processus de rechargement automatique décrit ci-avant. Le véhicule peut alors rouler temporairement uniquement sur les batteries en ville, par exemple, et le mécanisme de rechargement des batteries et/ou d'alimentation directe du moteur électrique de traction peut être rétabli en fonction sous le contrôle du conducteur dès que le véhicule est sorti de l'agglomération, ou lorsque le conducteur constate que les batteries atteignent un niveau de chargement critique.
Il va de soi qu'un véhicule électrique équipé d'un dispositif générateur d'énergie suivant l'invention peut être muni de cellules solaires pour également recharger les batteries d'une manière classique. Les batteries peuvent d'ailleurs également être rechargées à partir d'une source de tension extérieure au moyen d'un câble muni d'une fiche électrique engagée dans une prise de courant usuelle.
Le générateur d'énergie suivant l'invention peut être réalisé sous la forme d'un bloc unitaire compact. Un exemple de réalisation incorporant un générateur d'énergie monobloc est illustré schématiquement à la figure 2. Sur ce dessin, les mêmes nombres de référence que sur la figure 1 désignent des dispositifs identiques ou équivalents. Le nombre de référence 12 désigne les cardans de transmission aux roues motrices du véhicule électrique sur lequel est monté le moteur électrique de traction 10. Le nombre de référence 14 désigne des cellules solaires. Les lignes en trait gras représentent des liaisons pour des signaux de contrôle et/ou de commande. Le bloc générateur 120 comprend la partie génératrice de courant électrique 122 et la partie moteur 124 qui est, par exemple, constituée d'un moteur alimenté en hydrogène ou en hythane. Comme décrit plus haut, le démarreur de la partie moteur 124 est commandé par le dispositif de régulation 130. Un tel bloc générateur compact peut être placé aisément en n'importe quel endroit d'un véhicule, que ce soit un véhicule destiné au transport de personnes ou un véhicule utilitaire.
Les sondes thermiques identifiées dans leur ensemble par le nombre de référence 134 sont prévues pour contrôler les températures du bloc générateur et des batteries et les maintenir dans les limites admises. Une des sondes contrôle également la
température de la tuyère d'échappement du moteur thermique afin d'arrêter le signal de mise en marche de la partie moteur 124 du générateur d'énergie et interrompre ainsi la répétition séquentielle inutile de l'action du démarreur.
A différents endroits de passage du mélange hydrogène/air ou le cas échéant du mélange hydrogène/air et oxygène, sont placés des analyseurs de gaz (non représentés) ayant pour fonction d'analyser en permanence le mélange gazeux et de couper l'admission d'hydrogène en cas de danger.
Le bloc générateur d'énergie 120 peut être constitué d'éléments connus en soi agencés pour générer, soit un courant continu, soit un courant alternatif. Dans le premier cas, un onduleur est prévu si le moteur de traction est un moteur à courant alternatif. Dans le second cas, on prévoit un redresseur si le moteur de traction est un moteur à courant continu. Lorsque la génératrice de courant est agencée pour générer un courant altematif, l'invention permet de prévoir une prise de courant alternatif sur le tableau de bord du véhicule pour y brancher un appareil électrique courant.
Le dispositif décrit ci-avant peut alimenter directement le moteur de traction du véhicule. Dans ce cas, le conducteur peut choisir de rouler, soit à partir de l'énergie électrique des batteries ou de cellules solaires, soit directement à partir de l'énergie fournie par le bloc générateur d'énergie 120. La connexion directe entre le moteur électrique de traction 10 et le bloc générateur d'énergie 120 peut se faire sous le contrôle du conducteur à l'aide, par exemple, d'une manette 135 accessible sur le tableau de bord du véhicule.
Ainsi qu"il a été exposé ci-avant, le dispositif suivant l'invention assure avantageusement une réserve d'énergie permanente qui permet toujours à un véhicule équipé de ce dispositif de rouler avec une parfaite autonomie, même sur de longues distances, sans souci pour le conducteur et en préservant l'environnement. Cependant, le dispositif suivant l'invention offre d'autres possibilités. Par exemple, il pourrait être aisément adapté pour permettre le cas échéant à la partie moteur du générateur d'énergie d'entraîner directement le système de traction du véhicule. La connexion directe entre la partie moteur du générateur d'énergie et le système de traction du véhicule pourrait se faire sous le contrôle du conducteur du véhicule. Cette option permettrait au conducteur de choisir de faire rouler son véhicule, soit à partir de l'énergie électrique des batteries ou de cellules solaires, soit à partir de l'énergie fournie par la partie moteur du générateur d'énergie 120. Une telle option peut en outre garantir une
sécurité de fonctionnement optimale car la prise en charge occasionnelle de la traction par le moteur du générateur d'énergie permet dans ce cas de pallier toute défaillance des batteries et/ou du moteur électrique de traction et/ou des circuits électriques. Cette possibilité serait particulièrement intéressante en utilisant pour la partie moteur du générateur d'énergie un moteur à hydrogène ou à hythane.
Il est entendu que le mode de réalisation décrit dans ce qui précède et illustré dans les dessins ci-joints est un exemple nullement limitatif servant à illustrer les concepts de l'invention et que de nombreuses variantes d'exécution peuvent être apportées par l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention.