WO2008148970A2 - Circuit electrique equipant un vehicule - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an electric circuit fitted to a vehicle, for example an electrical circuit comprising an alternator-starter coupled to a thermal engine of a motor vehicle, and a super-capacitor able to store at least part of the electrical energy. supplied by the alternator-starter in certain phases of its operation.
  • Vehicles used, in particular automobiles are conventionally used for an alternator which makes it possible to convert some of the mechanical energy produced by the engine of the vehicle into electrical energy (to the on-board electrical network), and a starter (electric). which makes it possible to start the engine by means of a portion of the energy stored in the on-board electrical network, in particular at the level of the vehicle battery.
  • alternator-starter the functions of the alternator and the starter can be grouped together in the same machine called alternator-starter, generally performed by means of a reversible polyphase electrical rotating machine.
  • a super-capacitor capable of storing part of the electrical energy produced by the alternator (or the case alternator-starter).
  • the alternator-starter and supercapacitor parts on the one hand, and battery and on-board network on the other hand, are then connected by means of a DC-DC converter (or DC-DC converter) in order to sufficiently separate these two parts, the super capacity being subject to voltage variations while the onboard network must be subjected to the most stable voltage possible.
  • the invention proposes a vehicle electrical circuit comprising a rotating electrical machine coupled to a thermal engine of the vehicle and connected to a storage capacity, characterized by means for controlling a substantial discharge of said capacity, in particular through a winding of the rotating electrical machine.
  • An existing circuit is used to discharge the capacity, which makes it possible to avoid aging at a lower cost.
  • said winding is for example that carried by a rotor of the rotating electrical machine, particularly suitable for this discharge.
  • the rotating electrical machine is reversible; it then generally acts as an alternator-starter.
  • Said means can control the discharge of the capacity to receive information of end of use of the vehicle (or non-use thereof), corresponding for example to the removal of the ignition key or the locking of the doors of the passenger compartment of the vehicle.
  • a switch controlled by said means can electrically connect said capacitance and said winding.
  • Said substantial discharge is generally a discharge of at least 10% of the energy capacity, for example a discharge of at least 50% of the energy capacity, which significantly reduces the aging of the capacity. Seen the sizing generally used, said means are generally able to control the discharge of the capacity for a period greater than one minute.
  • the substantial discharge may be a discharge up to a predetermined threshold voltage, in particular stored in the control circuit 6, this threshold voltage being, for example, approximately 12 V
  • said means form for example part of a control circuit of the rotating electrical machine.
  • the invention is particularly applicable in an architecture in which the storage capacity is connected to a battery of the vehicle via a DC-DC converter.
  • the storage capacity is for example made in EDLC technology.
  • FIG. 1 shows an electric circuit made according to the teachings of the invention.
  • the electric circuit shown in Figure 1 equips a motor vehicle provided with a heat engine which is coupled to a starter alternator in the form of a three-phase reversible electric rotary machine.
  • This rotating electrical machine comprises a stator formed of three referenced windings 4 and a rotor carrying a referenced winding 2, in parallel of which a freewheeling diode 20 is provided.
  • the circuit of FIG. 1 further comprises a control circuit 6 designed to manage the current injections in the different windings according to the operating phases of the alternator-starter.
  • a control circuit 6 which groups the parts "power” and "logic control”.
  • the alternator-starter formed of the rotor 2, the stator 4 and the control circuit 6) is connected to a storage capacitor or super-capacitor 8, which receives electrical energy from the alternator-starter in the phases where the latter operates as an alternator, and delivers electrical energy to the alternator-starter in the phases where it operates as a starter.
  • the voltage at the terminals of the super-capacitor 8 is therefore variable to a fairly large extent during the various operating phases, for example between a minimum of between 12 V and 14 V and an operating voltage of up to 25 V. even beyond.
  • the super-capacitor 8 is here produced in EDLC technology (for
  • the electric circuit of the vehicle represented in FIG. 1 also comprises a battery 12 supplying the various electrical elements of the vehicle connected to the on-board electrical network 14.
  • the super-capacitor 8 and the battery 12 are connected via a DC-DC converter 10 which makes it possible to ensure a constant voltage (for example 14 V) across the terminals of the battery 12 despite the considerable variations in voltage at the terminals of the super-capacitor 8 as indicated above.
  • a constant voltage for example 14 V
  • the control circuit 6 notably comprises a controlled switch 18 which makes it possible to connect (possibly, depending on the command it receives) the winding of the rotor 2 to the voltage source formed by the super-capacitor. 8, in particular to pre-magnetize the rotor 2 or to discharge the super-capacitor 8 as described below.
  • the vehicle electrical circuit also comprises a main management circuit 16 able to monitor certain parameters and to deliver information relating to the operation of the vehicle, in particular end-of-use information of the vehicle N / U.
  • the main management circuit 16 delivers for example this end-of-use information N / U when it detects the removal of the ignition key from the vehicle, or alternatively when locking the vehicle doors (engine off).
  • the end-of-use information N / U can be sent for example by the motor control.
  • the end of use N / U information is transmitted in particular to the control circuit 6 which is designed to control the discharge of the supercapacitance 8 on receipt of this N / U information by the closing of the controlled switch 18 for a period of time. suitable for achieving a substantial discharge of the super-capacitor 18.
  • a supercharger of 160 F charged at 25 V contains 50 kJ and thus will take about 25 min to be discharged at 12 V through a rotor having a resistance of 1 ⁇ , using a current of 5 A (which causes a Joule loss of 25 W in the rotor).
  • the super-capacity 8 will be relatively discharged (here at 12 V) throughout the periods during which the vehicle is not used, which significantly reduces the aging of the supercapacitance 8.

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Abstract

Un circuit électrique de véhicule comprend une machine électrique tournante couplée à un moteur thermique du véhicule et connectée à une capacité de stockage. On prévoit également des moyens pour commander une décharge substantielle de ladite capacité à travers un enroulement de la machine électrique tournante.

Description

Circuit électrique équipant un véhicule
L'invention concerne un circuit électrique équipant un véhicule, par exemple un circuit électrique comprenant un alternateur-démarreur couplé à un moteur thermique d'un véhicule automobile, ainsi qu'une super-capacité apte à stocker au moins en partie l'énergie électrique fournie par l'alternateur- démarreur dans certaines phases de son fonctionnement. On utilise classiquement dans les véhicules, en particulier automobiles, un alternateur qui permet de convertir en énergie électrique (à destination du réseau électrique de bord) une partie de l'énergie mécanique produite par le moteur thermique du véhicule, et un démarreur (électrique) qui permet de lancer le moteur thermique au moyen d'une partie de l'énergie stockée dans le réseau électrique de bord, en particulier au niveau de la batterie du véhicule.
Selon une conception plus récente, les fonctions de l'alternateur et du démarreur peuvent être regroupées au sein d'une même machine dénommée alternateur-démarreur, réalisée en général au moyen d'une machine électrique tournante polyphasée réversible.
Il a par ailleurs été proposé d'associer de manière plus souple le fonctionnement de ces divers éléments aux différentes phases de conduite du véhicule. Ainsi, il a par exemple été prévu d'arrêter le moteur thermique lorsqu'il n'est plus sollicité (véhicule à l'arrêt) et de le lancer à nouveau au moyen du démarreur dès que le déplacement du véhicule est demandé (système "stop- starf'). Il a également été proposé de récupérer une partie de l'énergie mécanique perdue lors d'un freinage du véhicule sous forme d'énergie électrique, comme décrit dans la demande de brevet FR 2 838 576.
Dans ce contexte, on a recours à un moyen de stockage de l'énergie électrique autre que la batterie classique du réseau de bord, inadaptée à ces nouvelles fonctions. On utilise ainsi en général une super-capacité apte à stocker en partie l'énergie électrique produite par l'alternateur (ou le cas échéant l'alternateur-démarreur). Les parties alternateur-démarreur et supercapacité d'une part, et batterie et réseau de bord d'autre part, sont alors reliées au moyen d'un convertisseur continu-continu (ou convertisseur DC-DC) afin de séparer suffisamment ces deux parties, la super-capacité étant sujette à des variations de tension tandis que le réseau de bord doit être soumis à une tension la plus stable possible.
Dans ce type de système, sans mesure particulière, la supercapacité demeure chargée même lorsque le véhicule n'est pas utilisé, ce qui pose des problèmes, notamment en termes de vieillissement de la capacité, en particulier lorsque celle-ci est réalisée selon une technologie double couche (couramment dénommée selon l'appellation anglo-saxonne "Electric Double Layer Capacity").
Afin notamment de résoudre ce problème, l'invention propose un circuit électrique de véhicule comprenant une machine électrique tournante couplée à un moteur thermique du véhicule et connectée à une capacité de stockage, caractérisé par des moyens pour commander une décharge substantielle de ladite capacité, notamment à travers un enroulement de la machine électrique tournante.
On utilise ainsi un circuit existant pour décharger la capacité, ce qui permet d'éviter son vieillissement à moindre coût.
En pratique, ledit enroulement est par exemple celui porté par un rotor de la machine électrique tournante, particulièrement adapté à cette décharge.
Selon un mode de réalisation envisageable, la machine électrique tournante est réversible ; elle fait alors en général fonction d'alternateur- démarreur.
Lesdits moyens peuvent commander la décharge de la capacité à réception d'une information de fin d'utilisation du véhicule (ou de non-utilisation de celui-ci), correspondant par exemple au retrait de la clé de contact ou au verrouillage des portes de l'habitacle du véhicule.
Selon un exemple de mise en œuvre, un interrupteur commandé par lesdits moyens peut relier électriquement ladite capacité et ledit enroulement. Ladite décharge substantielle est en général une décharge d'au moins 10 % de la capacité en énergie, par exemple une décharge d'au moins 50 % de la capacité en énergie, ce qui permet de réduire notablement le vieillissement de la capacité. Vus les dimensionnements généralement utilisés, lesdits moyens sont en général aptes à commander la décharge de la capacité sur une durée supérieure à une minute.
La décharge substantielle peut être une décharge jusqu'à une tension seuil prédéterminée, notamment mémorisée dans le circuit de commande 6, cette tension seuil étant par exemple d'environ 12 V
Selon une possibilité de réalisation pratique, lesdits moyens forment par exemple partie d'un circuit de commande de la machine électrique tournante.
L'invention s'applique notamment dans une architecture dans laquelle la capacité de stockage est connectée à une batterie du véhicule par l'intermédiaire d'un convertisseur continu-continu.
La capacité de stockage est par exemple réalisée en technologie EDLC.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente un circuit électrique réalisé conformément aux enseignements de l'invention.
Le circuit électrique représenté à la figure 1 équipe un véhicule automobile pourvu d'un moteur thermique auquel est couplé un alternateur- démarreur réalisé sous forme d'une machine électrique tournante triphasée réversible.
Cette machine électrique tournante comprend un stator formé de trois enroulements référencés 4 et un rotor qui porte un enroulement référencé 2, en parallèle duquel est prévue une diode de roue libre 20.
Le circuit de la figure 1 comprend en outre un circuit de commande 6 conçu de manière à gérer les injections de courant dans les différents enroulements en fonction des phases de fonctionnement de la l'alternateur- démarreur. On remarque que, par souci de simplification, on a représenté un circuit de commande 6 qui regroupe les parties "puissances" et "commande logique". Comme visible en figure 1 , l'alternateur-démarreur (formé du rotor 2, du stator 4 et du circuit de commande 6) est connecté à une capacité de stockage ou super-capacité 8, qui reçoit de l'énergie électrique de l'alternateur- démarreur dans les phases où ce dernier fonctionne en alternateur, et délivre de l'énergie électrique à l'alternateur-démarreur dans les phases où celui-ci fonctionne en démarreur.
La tension aux bornes de la super-capacité 8 est donc variable dans une assez large mesure au cours des différentes phases de fonctionnement, par exemple entre un minimum compris entre 12 V et 14 V et une tension de fonctionnement pouvant aller jusqu'à 25 V voire au-delà. La super-capacité 8 est ici réalisée en technologie EDLC (pour
"Electric Double Layer Capacity", c'est-à-dire capacité électronique double couche).
Le circuit électrique du véhicule représenté à la figure 1 comprend également une batterie 12 alimentant les différents éléments électriques du véhicule connectés au réseau électrique de bord 14.
La super-capacité 8 et la batterie 12 sont connectées par l'intermédiaire d'un convertisseur continu-continu 10 qui permet d'assurer une tension constante (par exemple de 14 V) aux bornes de la batterie 12 malgré les variations importantes de tension aux bornes de la super-capacité 8 comme indiqué ci-dessus.
Comme illustré à la figure 1 , le circuit de commande 6 comprend notamment un interrupteur commandé 18 qui permet de connecter (éventuellement, selon la commande qu'il reçoit) l'enroulement du rotor 2 à la source de tension formée par la super-capacité 8, notamment afin de pré- magnétiser le rotor 2 ou de décharger la super-capacité 8 comme décrit ci- après. Le circuit électrique du véhicule comprend également un circuit de gestion principal 16 apte à surveiller certains paramètres et à délivrer des informations relatives au fonctionnement du véhicule, en particulier une information de fin d'utilisation du véhicule N/U. Le circuit de gestion principal 16 délivre par exemple cette information de fin d'utilisation N/U lorsqu'il détecte le retrait de la clé de contact du véhicule, ou en variante lors du verrouillage des portes du véhicule (moteur thermique éteint).
L'information de fin d'utilisation N/U peut être envoyée par exemple par le contrôle moteur. L'information de fin d'utilisation N/U est transmise notamment au circuit de commande 6 qui est conçu pour commander la décharge de la supercapacité 8 à réception de cette information N/U par la fermeture de l'interrupteur commandé 18 pendant une durée appropriée pour réaliser une décharge substantielle de la super-capacité 18. A titre d'exemple, une super-capacité de 160 F chargée à 25 V contient 50 kJ et mettra donc environ 25 min pour être déchargée à 12 V à travers un rotor ayant une résistance de 1 Ω, en utilisant un courant de 5 A (ce qui occasionne une perte par effet Joule de 25 W dans le rotor).
Ainsi, la super-capacité 8 sera relativement déchargée (ici à 12 V) tout au long des périodes au cours desquelles le véhicule n'est pas utilisé, ce qui permet de réduire de manière importante le vieillissement de la supercapacité 8.
L'exemple donné ci-dessus n'est qu'une forme possible de réalisation de l'invention qui ne s'y limite pas.

Claims

REVENDICATIONS
1. Circuit électrique de véhicule comprenant une machine électrique tournante (2, 4, 6) couplée à un moteur thermique du véhicule et connectée à une capacité de stockage (8), caractérisé par des moyens (6) pour commander une décharge substantielle de ladite capacité (8), notamment à travers un enroulement (2) de la machine électrique tournante.
2. Circuit électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit enroulement (2) est porté par un rotor de la machine électrique tournante.
3. Circuit électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la machine électrique tournante est réversible.
4. Circuit électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens sont aptes à commander la décharge de la capacité à réception d'une information de fin d'utilisation du véhicule (NIU).
5. Circuit électrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par un interrupteur (18) commandé par lesdits moyens et apte à relier électriquement ladite capacité et ledit enroulement.
6. Circuit électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite décharge substantielle est une décharge d'au moins 10 % de la capacité (8) en énergie.
7. Circuit électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite décharge substantielle est une décharge d'au moins 50 % de la capacité (8) en énergie.
8. Circuit électrique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens sont aptes à commander la décharge de la capacité (8) sur une durée supérieure à une minute.
9. Circuit électrique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens forment partie d'un circuit de commande (6) de la machine électrique tournante.
10. Circuit électrique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la capacité de stockage (8) est connectée à une batterie
(12) du véhicule par l'intermédiaire d'un convertisseur continu-continu (14).
11. Circuit électronique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la capacité de stockage (8) est réalisée en technologie EDLC.
12. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce que la décharge substantielle est une décharge jusqu'à une tension seuil prédéterminée, notamment mémorisée dans le circuit de commande 6, cette tension seuil étant notamment d'environ 12 V.
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