WO2011107707A1 - Vehicule electrique, notamment bicyclette, et module autonome pour un tel vehicule - Google Patents

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WO2011107707A1
WO2011107707A1 PCT/FR2011/050427 FR2011050427W WO2011107707A1 WO 2011107707 A1 WO2011107707 A1 WO 2011107707A1 FR 2011050427 W FR2011050427 W FR 2011050427W WO 2011107707 A1 WO2011107707 A1 WO 2011107707A1
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combustion engine
electric
battery
internal combustion
housing
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PCT/FR2011/050427
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Olivier Midy
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Rdmo
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/46—Series type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/10—Rider propelled cycles with auxiliary combustion engine
    • B62M6/15—Control or actuating devices therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45—Control or actuating devices therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • B60Y2200/12—Motorcycles, Trikes; Quads; Scooters
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a hybrid power supply module and a vehicle, including a bicycle, equipped with such a power supply module.
  • the utility model CN201150011 more specifically describes a vehicle power supply device, which includes an internal combustion engine, an electric motor, a charge controller, batteries, and a starter controller.
  • the internal combustion engine and the electric motor are connected by a connecting shaft.
  • the electric motor starts the internal combustion engine via the charge controller to charge the battery.
  • the generator can be used to recharge the battery directly on the genset, as well as for starting the internal combustion engine.
  • Utility model CN201161664 describes a hybrid motorcycle whose rear wheel is driven by the electric motor and internal combustion engine separately or in combination.
  • the invention aims to reduce noise pollution of the internal combustion engine, and to propose an autonomous module for supplying electrical energy that can replace or supplement a battery pack. Solution provided by the invention
  • the invention relates to a self-contained module incorporating a battery, recharged by an assembly integrated in the module, comprising a combustion engine mechanically coupled to an electric generator, the assembly being integrated in a soundproof housing having a double wall envelope providing insulation sound.
  • the assembly is suspended élast ically relative to said housing to limit the transmission of mechanical vibrations.
  • the space between the two walls forms a cooling water tank of the combustion engine.
  • the invention particularly relates to an electric vehicle comprising a main or auxiliary motor powered by a power source characterized in that said source comprises an autonomous module formed by a soundproof housing incorporating an electric motor and an electric generator, and an electric battery, the housing further incorporating an electronic power circuit managing the charge of the battery and controlling the start of the internal combustion engine by the drive by the generator, and the interruption of the engine to explosion when the level of reference load is reached.
  • the housing comprises a double envelope providing sound insulation.
  • the volume delimited by the double envelope is filled with a cooling liquid.
  • the combustion engine and generator are connected to said housing by elastic suspensions.
  • Lithium titanate anode batteries have a charging capacity of the same order of magnitude as the maximum discharge capacity. The machine does not claim charging on the sector despite the small size of the battery.
  • the battery and the hybrid assembly are installed in the same housing forming a removable bag.
  • the case replaces the standard battery of a vehicle, or at least one battery module when the vehicle has more than one. It can provide the necessary energy from a conventional fuel for a heat engine, gasoline or alcohol.
  • the set is autonomous and automatic and does not require in normal operation of connection to the sector.
  • the invention makes it possible to complete encapsulation of the engine by means of a hybrid series architecture and thus leads to first-rate acoustic and vibratory performances.
  • the device takes the place of batteries currently shipped.
  • the system can be sold as equipment to different manufacturers.
  • the major interest is to allow a large autonomy and an instant recharge by adding fuel, to some extent to obtain energy independence.
  • the bicycle 1 comprises in known manner a frame, a saddle, a handlebars and wheels.
  • the rear wheel is driven by a chain connected to a pedal.
  • An electric motor integrated into the hub of the rear wheel provides a pedaling aid.
  • a housing 2 is installed on the frame. It occupies the location usually reserved for the battery of the electric motor.
  • the housing includes an assembly providing the power and characteristics of the batteries used on the power assisted bicycles.
  • It comprises a four-stroke engine of small displacement, designed to rotate at its peak efficiency point.
  • a system for power handling and battery charge management is provided.
  • the battery built into the case is smaller than an electric bike.
  • the latter has the particularity of being charged by an intensity of the same order of magnitude as the maximum discharge current called by the motor of the bike. With small batteries using current technologies the problem of charging time quickly arises.
  • the battery is advantageously a Japanese battery Toshiba® SCIB, lithium titanate anode, which addresses this problem, allowing refills at 10C and very large discharge currents.
  • the entire machine is water-cooled and enclosed inside a double skin suitcase that serves as a radiator.
  • the accumulator will preferably be positioned on the bag, with external access, but a separate location on the bike is not excluded.
  • the engine control system can be integrated into the system if for example it is decided to provide this set accompanied by the VAE engine.
  • the technology is compatible with all types of existing VAE motor, whether they are front and rear hubs, reducers or not, or bottom bracket.
  • the average consumption can be estimated at less than 0.45 1/100 km.
  • the advantage of the solution is a very good management of low power requirements and / or variables, which offsets the average overall performance.

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Abstract

La présente invention concerne un véhicule électrique ( 1 ) comportant un moteur principal ou d'appoint alimenté par une source d'alimentation électrique caractérisé en ce que ladite source comprend un module autonome formé par un boîtier ( 2 ) insonorisé intégrant un moteur à explosion et une génératrice électrique, ainsi qu'une batterie électrique, le boîtier ( 2 ) intégrant en outre un circuit électronique de puissance gérant la charge de la batterie et commandant le démarrage du moteur à explosion par l'entraînement par la génératrice, et l'interruption du moteur à explosion lorsque le niveau de charge de référence est atteinte.

Description

VEHICULE ELECTRIQUE, NOTAMMENT BICYCLETTE, ET MODULE AUTONOME POUR UN TEL VEHICULE
La présente invention concerne un module d'alimentation électrique hybride et un véhicule, notamment une bicyclette, équipé d'un tel module d'alimentation.
Etat de la technique
On connaît dans l'état de la technique les modèles d'utilité chinois CN201150011 et CN201161664 décrivant une bicyclette hybride comportant un moteur à explosion à quatre temps de faible cylindrée associé à un moteur électrique sans balais, ainsi qu'une batterie. Le moteur électrique agit également en récupérateur d'énergie pour recharger la batterie .
Le modèle d'utilité CN201150011 décrit plus précisément un dispositif d'alimentation du véhicule, qui comprend un moteur à combustion interne, un moteur électriques, un régulateurs de charge, des batteries, et un contrôleur de démarreur. Le moteur à combustion interne et le moteur électrique sont reliés par un arbre de liaison.
Le moteur électrique assure le démarrage du moteur à combustion interne par l'intermédiaire du contrôleur de charge pour charger la batterie. Le générateur peut être utilisé pour recharger la batterie directement sur le groupe, ainsi que pour le démarrage du moteur à combustion interne.
Le modèle d'utilité CN201161664 décrit une moto hybride dont la roue arrière est entraînée par le moteur électrique et moteur à combustion interne, séparément ou con ointement .
Inconvénient de l'art antérieur
Cette solution nécessite une conception coûteuse de la bicyclette et une intégration des différents organes moteur et de stockage d'énergie. Plus particulièrement, l'invention vise à réduire les nuisances sonores du moteur à explosion, et à proposer un module autonome de fourniture d'énergie électrique, pouvant remplacer ou compléter une batterie d ' alimentation . Solution apportée par l'invention
L'invention concerne un module autonome intégrant une batterie, rechargée par un ensemble intégré au module, comprenant un moteur à explosion couplé mécaniquement à un générateur électrique, l'ensemble étant intégré dans un boîtier insonorisé présentant une enveloppe à double paroi assurant l'isolation phonique. L'ensemble est suspendu élast iquement par rapport audit boîtier pour limiter la transmission des vibrations mécaniques.
Avantageusement, l'espace compris entre les deux parois forme un réservoir d'eau de refroidissement du moteur à explosion . L'invention concerne notamment un véhicule électrique comportant un moteur principal ou d'appoint alimenté par une source d'alimentation électrique caractérisé en ce que ladite source comprend un module autonome formé par un boîtier insonorisé intégrant un moteur à explosion et une génératrice électrique, ainsi qu'une batterie électrique, le boîtier intégrant en outre un circuit électronique de puissance gérant la charge de la batterie et commandant le démarrage du moteur à explosion par l'entraînement par la génératrice, et l'interruption du moteur à explosion lorsque le niveau de charge de référence est atteinte.
Avantageusement, le boîtier comprend une enveloppe double assurant l'isolation phonique. De préférence, le volume délimité par l'enveloppe double est rempli par un liquide de refroidissement. Selon une variante préférée, le moteur à explosion et a génératrice sont reliés audit boîtier par des suspensions élastiques .
L'ensemble forme un moteur hybride série. Grâce aux batteries à anodes au titanate de lithium on dispose d'une capacité de charge du même ordre de grandeur que la capacité maximale de décharge. L'engin ne réclame pas de recharge sur le secteur malgré la petite taille de l'accumulateur.
De préférence, la batterie ainsi que l'ensemble hybride sont installés dans un même boîtier formant une valise amovible .
Le principe d'une valise à double peau servant de radiateur d'eau et insonorisant le tout.
Le principe de suspendre élast iquement à l'intérieur de la valise l'ensemble moteur génératrice permet de minimiser les vibrations.
La valise remplace la batterie standard d'un véhicule, ou au moins un module de batterie lorsque le véhicule en comprend plusieurs. Il peut fournir l'énergie nécessaire à partir d'un classique carburant pour moteur thermique, essence ou alcool.
L'ensemble est autonome et automatique et ne requiert pas en fonctionnement normal de branchement sur le secteur .
L'invention permet de réaliser un encapsulage complet du moteur grâce à une architecture hybride série et conduit de ce fait à des performances acoustiques et vibratoires de premier plan.
Elle permet une adaptabilité aux différentes technologies existantes pour les véhicules électriques, notamment les moteurs, les capteurs, les contrôleurs.
Le dispositif vient prendre la place des batteries actuellement embarquées.
Le système peut être vendu comme équipement à différents constructeurs. L'intérêt majeur est d'autoriser une grande autonomie et une recharge instantanée par ajout de carburant, en quelque sorte d'obtenir une indépendance énergétique. Description technique d'un exemple non limitatif de réalisation .
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant à la figure unique représente un exemple non limitatif de réalisation d'une bicyclette conforme à l'invention.
La bicyclette 1 comporte de façon connue un cadre, une selle, un guidon et des roues. La roue arrière est entraînée par une chaîne reliée à un pédalier. Un moteur électrique intégré dans le moyeu de la roue arrière fournie une aide au pédalage.
Un boîtier 2 est installé sur le cadre. Il occupe l'emplacement habituellement réservé à la batterie d'alimentation du moteur électrique.
Le boîtier comprend un ensemble fournissant la puissance et les caractéristiques des batteries utilisées sur les bicyclettes à assistance électrique.
Son architecture lorsque il est intégré à un vélo motorisé électrique est du type hybride série.
II comprend un moteur quatre temps de petite cylindrée, conçu pour tourner à son point de rendement maximum .
Il entraîne une génératrice dimensionnée en conséquence capable également de démarrer le moteur .
Un système de traitement du courant et de gestion de charge de la batterie.
La batterie incorporée dans le boîtier présente une taille plus réduite que sur un vélo électrique.
Cette dernière a la particularité d'être chargée par une intensité du même ordre de grandeur que le courant de décharge maximum appelé par le moteur du vélo. Avec les petites batteries utilisant les technologies actuelles se pose rapidement le problème du temps de charge .
La technologie des supercondensateurs utilisée seule constitue un tampon insuffisant.
La batterie est avantageusement une batterie japonaise Toshiba® SCIB, à anode au titanate de lithium, qui répond à cette problématique, en autorisant des recharges à 10C et des courants de décharge très importants.
L'ensemble de la mécanique est refroidi par eau et enfermé à l'intérieur d'une valise à double peau servant de radiateur .
L'ensemble de la mécanique est « suspendue » à l'intérieur de cette valise afin de limiter la transmission des vibrations.
L'accumulateur sera de préférence positionné sur la valise, avec un accès extérieur, mais une implantation séparée sur le vélo n'est pas exclue.
Les possibilités de positionnement dans le vélo sont les mêmes que pour les batteries actuellement utilisées, soient entre le triangle du cadre, soit sur le porte bagage, soit derrière le tube de selle.
Le système de pilotage du moteur pourra être intégré au système si par exemple on décide de fournir cet ensemble accompagné du moteur de VAE .
La technologie est compatible avec tous les types de moteur de VAE existant, qu'ils soient de moyeu AV et AR réductés ou non, ou de pédalier.
Première évaluations de consommations. Elles sont évaluées en partant d'autonomies constatées sur des VAE actuellement en production, avec différents niveaux d'assistance.
Figure imgf000008_0001
La consommation moyenne peut être évaluée à moins 0.45 1/100 km.
Les rendements pris en compte sont raisonnables.
Les chiffres ci dessus se basent sur des essais de vélos électriques roulant sur la plat, en position relevée, avec un pilote de 70 Kg Le système couplé à un moteur de 250W autorisant
450W en pointe (conforme à la réglementation VAE) permet de grimper de façon continue des cotes de 12 % à 10 km/h avec 80W de pédalage.
Il permet également de franchir de courtes cotes à 20 %.
L'avantage de la solution est une très bonne gestion des besoins de puissance faible et/ou variables, qui compense le rendement général moyen.
L'optimisation des rendements intermédiaires et du rendement du moteur peuvent amener à condition qu'ils soient compatibles avec les prix de revient à obtenir une consommation moyenne de l'ordre de 0.35 1/100.
Evaluation de la durée de vie batterie
Du fait de la faible capacité de la batterie prévue (4.2 Ah), la question de la durée de vie de cette dernière a été regardée.
Elle supporte 3000 cycles dans les conditions de fonctionnement pressenties et Toshiba® parle d'une durée de vie de 10 ans.
On trouve les résultats suivants :
Durée de vie des
km
batteries
moyenne 29651
maximum 55369
Minimum 19688

Claims

Revendications
1 - Véhicule électrique comportant un moteur principal ou d'appoint alimenté par une source d'alimentation électrique caractérisé en ce que ladite source comprend un module autonome formé par un boîtier insonorisé intégrant un moteur à explosion et une génératrice électrique, ainsi qu'une batterie électrique, le boîtier intégrant en outre un circuit électronique de puissance gérant la charge de la batterie et commandant le démarrage du moteur à explosion par l'entraînement par la génératrice, et l'interruption du moteur à explosion lorsque le niveau de charge de référence est atteinte . 2 - Véhicule électrique selon la revendication principale caractérisé le boîtier comprend une enveloppe double assurant l'isolation phonique.
3 - Véhicule électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que le volume délimité par l'enveloppe double est rempli par un liquide de refroidissement .
4 - Véhicule électrique selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que le moteur à explosion et a génératrice sont reliés audit boîtier par des suspensions élastiques.
5 - Véhicule électrique selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit véhicule est une bicyclette comportant un moteur électrique d ' appoint .
6 - Module autonome intégrant une batterie, rechargée par un ensemble intégré au module, comprenant un moteur à explosion couplé mécaniquement à un générateur électrique, l'ensemble étant intégré dans un boîtier insonorisé présentant une enveloppe à double paroi assurant l'isolation phonique. 7 - Module autonome selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il est formé par un boîtier insonorisé intégrant un moteur à explosion et une génératrice électrique, ainsi qu'une batterie électrique, le boîtier intégrant en outre un circuit électronique de puissance gérant la charge de la batterie et commandant le démarrage du moteur à explosion par l'entraînement par la génératrice, et l'interruption du moteur à explosion lorsque le niveau de charge de référence est atteinte.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE9302621U1 (fr) * 1992-07-10 1993-06-24 Wolschke, Peter, 1000 Berlin, De
US20010008859A1 (en) * 1998-02-19 2001-07-19 Hitachi, Ltd. Transmission, and vehicle and bicycle using the same
WO2008022352A2 (fr) * 2006-08-18 2008-02-21 Hays Marcus G Véhicules à deux roues

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