WO2012131235A2 - Procede et systeme d'alimentation electrique redondante d'un vehicule automobile hybride - Google Patents

Procede et systeme d'alimentation electrique redondante d'un vehicule automobile hybride Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a redundant power supply method of a hybrid motor vehicle, and a redundant power supply system of a hybrid motor vehicle capable of implementing this method.
  • Motor vehicles with a combustion engine conventionally comprise an on-board electrical network comprising a battery, generally 12 V, intended to supply electrical energy to various equipment, in particular a starter, which is essential for starting the engine. thermal. After starting, an alternator coupled to the engine ensures the charging of the battery.
  • this machine known as the alternator-starter, was primarily intended to perform the functions formerly dedicated to the alternator and the starter, and, secondarily, to recover the energy when braking, or d 'bring extra power and torque to the engine.
  • This architecture therefore consists of a first electrical power network connecting the alternator-starter to an electrical energy storage element operating at a voltage greater than 12 V, up to 42 V, and a second electrical service network connecting all other equipment.
  • the adaptation of the voltage levels between the two networks is ensured by a reversible DC / DC converter.
  • ecological considerations have led to the design of alternator-starters with a power, of the order of 8 to 10 KW, sufficient to drive the vehicle at low speed, for example in urban environment.
  • Such powers could not be obtained while maintaining compact electrical machines that by raising the voltage of the power grid to a voltage, of the order of 60 V, well above the nominal voltage of conventional lead-acid batteries. .
  • the present invention therefore aims to improve the reliability of a "mild-hybrid" architecture while reducing the cost.
  • the invention relates to a redundant power supply method of a hybrid motor vehicle of the type consisting in providing the vehicle, on the one hand, with a first electrical network comprising an electric motor / generator and a reversible AC / DC converter providing an output voltage Udc in a generator mode and an electrical energy storage element having a first voltage Ues at its terminals, and secondly a second electrical network comprising an alternator and a battery having a second voltage Ulb at its lower terminals than the first voltage Ues, and the electrical energy storage element and the battery being disconnected from the first power grid, or connected to the first power grid according to the voltage of Udc output.
  • a first electrical network comprising an electric motor / generator and a reversible AC / DC converter providing an output voltage Udc in a generator mode and an electrical energy storage element having a first voltage Ues at its terminals
  • a second electrical network comprising an alternator and a battery having a second voltage Ulb at its lower terminals than the first voltage Ues, and
  • the electrical energy storage element is connected to the first electrical network when the output voltage Udc increases and becomes substantially equal to the first voltage Ues;
  • the electrical energy storage element is disconnected from the first power network when the output voltage Udc decreases and becomes lower than the first voltage Ues.
  • the output voltage Udc is controlled by a control strategy so as to match it to the first voltage Ues or to the second voltage Ulb when the control strategy decides to connect the electrical energy storage element or the battery, respectively, to the first power grid.
  • control strategy performs control of a charging current of the electrical energy storage element or the battery once one of them is connected. to the first power grid.
  • the battery is connected to the first electrical network when the output voltage Udc decreases and becomes substantially equal to the second voltage Ulb.
  • the battery is disconnected from the first electrical network when the output voltage Udc increases and becomes higher than the second voltage Ulb.
  • the electrical energy storage element is disconnected from the first electrical network in case of failure.
  • the battery is disconnected from the first power supply in case of failure.
  • the invention also relates to a redundant power supply system of a hybrid motor vehicle for carrying out the method of the invention described briefly above.
  • the redundant power supply system is of the type of those comprising, on the one hand, a first electrical network comprising a an electric motor / generator and a reversible AC / DC converter providing an output voltage Udc in a generator mode and connected by first connection means to an electrical energy storage element having a first voltage Ues across its terminals, and, d secondly, a second electrical network comprising an alternator and a battery having a second voltage Ulb at its lower terminals to the first voltage Ues and connected by second connection means to the first power grid.
  • the first and second connection means are switches controlled as a function of the output voltage Udc, the output voltage Udc being controlled by a control strategy so as to match it to the first voltage Ues or at the second voltage Ulb when the control strategy decides to connect the electrical energy storage element or the battery, respectively, to the first power grid.
  • the first switch closes and connects the electrical energy storage element to the first electrical network when the output voltage Udc increases and becomes substantially equal to the first voltage Ues .
  • the first switch opens and disconnects the electrical energy storage element of the first power network when the output voltage Udc decreases and becomes lower than the first voltage Ues.
  • the second switch closes and connects the battery to the first power network when the output voltage Udc decreases and becomes substantially equal to the second voltage Ulb.
  • the second switch opens and disconnects the battery of the first power network when the output voltage Udc increases and becomes greater than the second voltage Ulb.
  • the first switch is open in case of failure of the electrical energy storage element.
  • a fuse is provided to disconnect the battery from the first power grid in case of failure.
  • the motor / generator is a rotating electrical machine having an excitation winding connected to an excitation circuit and the second switch is open in case of failure of the AC / DC converter and / or the excitation circuit.
  • the first and second switches are semiconductor devices, including power MOSFET type, preferably reversible voltage and current.
  • Figure 1 shows a redundant power supply system of a hybrid motor vehicle known from the state of the art in a so-called “mild-hybrid" architecture.
  • Figure 2 illustrates the redundant power supply method of a hybrid motor vehicle according to the invention.
  • Figures 3a, 3b and 3c show three modes of operation of the redundant power supply system of a hybrid motor vehicle according to the invention.
  • Figure 4 is a block diagram of a preferred embodiment of the redundant power supply system of a hybrid motor vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a first power supply network 1 comprising an electrical energy storage element 2 and an electric motor / generator 3.
  • this motor / generator 3 is a three-phase machine, such as that shown, comprising a rotor comprising an excitation winding 4 and a stator comprising phase windings 5.
  • an excitation circuit 6 supplies an excitation current to the rotor and a reversible DC / AC converter 7 operating in the inverter feeds the phase windings 5 of the stator from the element. electrical energy storage 2.
  • the DC / AC converter 7 When the motor / generator 3 is in generator mode, the DC / AC converter 7 operates as a synchronous rectifier and a voltage regulation loop (not shown) acting on the excitation current delivered by the circuit 6 controls the charging voltage of the generator. the electrical energy storage element 2.
  • FIG. 1 shows schematically a second power supply network 8 comprising a battery 9 and an alternator 10.
  • electrical energy storage will also be used in the following description indifferently for the electrical energy storage element 2 and the battery 9.
  • this alternator 10 is a standard three-phase alternator, such as that shown schematically, charging a standard lead-acid battery 9 by means of a three-phase rectifier bridge 11.
  • the electrical energy storage element 2 is a lithium-ion battery of high capacity and high nominal voltage, for example of the order of 60 V.
  • the first 1 and second 8 electrical networks are interconnected.
  • the first electrical network 1 can supply electrical power to the second network 8 and charge the lead battery 9, while the second network 8 can reciprocally supply electrical energy to the first 1, for example when the lithium battery 2 is unloaded.
  • the discharge voltage limit for a typical lithium battery with a nominal voltage of 60 V is approximately 48 V and its load break voltage is approximately 78 V.
  • the voltage at the terminals of a lead-acid battery 9 with a nominal voltage of 12 V varies between about 1 1 V when it is discharged and about 14 V when it is charged.
  • a reversible DC / DC converter 12 thus ensures the adaptation of the voltage levels between the two electrical networks 1, 8.
  • This converter 12 is generally a switched-mode semiconductor converter mounted in "common ground" with the two batteries 2, 9.
  • the redundant power supply method of a hybrid motor vehicle according to the invention makes it possible to eliminate this converter 12, as will be shown by the following explanations in connection with FIG. 2.
  • FIG. 2 schematically shows a first electrical network similar to the first electrical 1 known from the state of the art shown in FIG. 1:
  • an electric motor / generator 3 of three-phase type comprising an excitation winding 4 and phase windings 5;
  • a reversible DC / AC converter 7 connected to the phase windings 5;
  • an electrical energy storage element 2 having a first voltage at terminals Ues.
  • the output voltage of the electrical generating device formed of the elements 3 and 7 is the voltage Udc present at the terminals of the DC / AC converter 7.
  • the redundant power supply system of the invention comprises at least two electronic switches K1 and K2 allowing a selective connection of the storage units 2 and 9 to the terminals of the converter 7.
  • connection of the storer 2 or 9 to the terminals of the converter 7 is controlled only when the output voltage Udc is in line with the voltage of the storer 2, 9, the connection of which is desired by a strategy of system control.
  • a particular control drive of the DC / AC converter 7 for the purpose of causing the output voltage Udc to coincide with the voltage Ues or Ulb.
  • this coincidence is obtained by acting on a voltage regulation loop of the electrical generating device 3-7, that is to say, by acting on a reference voltage of the regulation.
  • a voltage regulation loop of the electrical generating device 3-7 that is to say, by acting on a reference voltage of the regulation.
  • various embodiments are possible for voltage regulation and are compatible with the invention.
  • full-wave synchronous rectification operation with control of the excitation current for regulation is the presently preferred embodiment, it is not excluded that some future applications of the invention will employ switching type voltage regulation with adequate control of the power transistors of the converter 7.
  • the control strategy of the system decides at any time of the storer 2, 9 to be connected essentially according to the voltage Udc that it is possible to obtain and the state of charge of the storers 2 and 9, knowing that the The operation of the engine of the vehicle imposes constraints on the voltage and current that can be extracted from the electrical generating device 3-7.
  • the system can control a connection thereof to the first electrical network 1 since the output voltage Udc can be adjusted to the adequate value, at least equal to the voltage across the battery, and maintain this connection as much as possible, for example, in highway traffic, until a full charge of the battery at the voltage of approximately 14 V.
  • the strategy of the system may decide to interrupt the charging of the battery 9 by controlling its disconnection and to control a connection of the element 2, within the framework of the application of an optimal management of the electrical energy storage systems 2, 9 Similarly, if the battery 9 is for example fully charged and the speed of the engine allows it, the control strategy can decide to disconnect the battery 9 and control a connection of the element 2.
  • the method of the invention which has just been described is implemented through the two electronic switches K1 and K2 respectively forming first and second connection means of the electrical energy storage element 2 and the battery 9 to the first electricity grid 1.
  • the states of the switches K1 and K2 are related to the value of the output voltage Udc.
  • the switch K1 closes and connects the electrical energy storage element 2 to the first electrical network 1 when the voltage Udc increases and becomes substantially equal to the voltage Ues;
  • the switch K1 opens and disconnects the electrical energy storage element 2) at the first electrical network 1 when the voltage Udc decreases and becomes lower than the voltage Ues.
  • the switch K2 closes and connects the battery 9 to the first power network 1 when the voltage Udc decreases and becomes substantially equal to the voltage Ulb;
  • Configuration 4 The switch K2 opens and disconnects the battery 9 of the first electrical network 1 when the voltage Udc increases and becomes greater than the voltage Ulb.
  • the configurations 2 and 4 correspond to a transitional phase during which the first switch K1 is closed and the second switch K2 is open, and vice versa.
  • This transient phase is short because the capacity C of the capacitor 13 in parallel on the "continuous" terminals of the DC / AC converter 7 is small (less than 1 mF).
  • the power MOSFET semiconductor devices 14a, 14b and 15 respectively correspond to the first and second switches K1 and K2.
  • the first switch K1 (transistors 14a and 14b) is reversible in voltage and current. current (4-quadrant switch). In this way, the electrical energy required for the starting function of the heat engine and the "mild-hybrid" function can be provided by the storage element 2.
  • the transistor 14a is the one that performs the function of the switch K1 to properly speaking.
  • Transistor 14b opens in case of a fault and thus ensures electrical isolation. Note that in a faultless operating mode, the transistor 14b is permanently in the closed state "F". This architecture of the switch K1, with two transistors controlled separately, keeps the advantage of spontaneous switching for the transistor 14a.
  • the second switch K2 is not reversible and is realized by means of the transistor 15.
  • the switch K2 can be made reversible and will have an architecture similar to that of the switch K1 of Figure 4, including, for example, to ensure a minimum start function (no function "mild-hybrid") in case of failure of the storage element 2 when the switch K1 is put in the open state by means of the transistor 14b.
  • a fuse 17 is provided in the electrical connection circuit of the battery 9 to the first network 1. This fuse 17 allows automatic electrical isolation of the first and second electrical networks 1, 8 in case of short-circuiting the excitation circuit 6 or the DC / AC converter 7. It will be noted that the fuse 7 can be achieved by means of an electronic switch.
  • the function of the fuse 7 decoupling the two networks 1, 8 can be obtained by forcing the second switch K2 in the "open" state.
  • the alternator 10 of the second electrical network 8 and the electric motor / generator 3 of the first electrical network 1 are, in a variant, advantageously arranged on the same shaft 18, and integrated in the same machine rather than consisting of two separate machines. 3, 10.
  • the second electrical network further comprises a standard starter 19 powered by the lead-acid battery 9.
  • a standard starter 19 powered by the lead-acid battery 9.
  • thresholds of voltages Udc, Ulb, Ues are only given by way of example.

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Abstract

Le procédé de l'invention est du type de ceux consistant à munir le véhicule de premier et second réseaux électriques (1, 8). Le premier réseau (1 ) comprend un moteur/générateur électrique (3) et un convertisseur alternatif/continu réversible (7) fournissant une tension de sortie Udc dans un mode générateur et un élément de stockage d'énergie électrique présentant une première tension Ues à ses bornes. Le second réseau comprend un alternateur (10) et une batterie (9) présentant une seconde tension Ulb à ses bornes qui est inférieure à la première tension Ues. Conformément à l'invention, l'élément de stockage d'énergie électrique et la batterie sont déconnectés du premier réseau, ou connectés au premier réseau en fonction de la tension de sortie Udc. De plus, la tension Udc pourra être pilotée par une stratégie de commande de manière à faire correspondre celle-ci à la tension Ues ou à la tension Ulb lorsque cette stratégie décide de connecter l'élément de stockage d'énergie électrique ou la batterie, respectivement, au premier réseau.

Description

PROCEDE ET SYSTEME D'ALIMENTATION ELECTRIQUE REDONDANTE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE HYBRIDE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un procédé d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride, ainsi qu'un système d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride apte à la mise en œuvre de ce procédé.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les véhicules automobiles à moteur thermique comportent classiquement un réseau électrique de bord comprenant une batterie, généralement de 12 V, destiné à alimenter en énergie électrique les divers équipements, notamment un démarreur, indispensable pour assurer le démarrage du moteur thermique. Après le démarrage, un alternateur accouplé au moteur thermique assure la charge de la batterie.
De nos jours, le développement de l'électronique de puissance permet d'alimenter et de piloter une seule machine électrique tournante polyphasée réversible qui remplace avantageusement le démarreur et l'alternateur.
Dans un premier temps, cette machine, connue sous le nom d'alterno- démarreur, avait essentiellement pour but de remplir les fonctions autrefois dédiées à l'alternateur et au démarreur, et, accessoirement, de récupérer l'énergie au freinage, ou d'apporter un supplément de puissance et de couple au moteur thermique.
Dans le but d'accroître la puissance et d'améliorer le rendement de l'alterno- démarreur en augmentant sa tension de fonctionnement tout en conservant la possibilité d'utiliser des autres équipements standards, prévus pour une alimentation de 12 V, notamment les batteries au plomb, a été développée une architecture dite "14 + X", ou "micro-hybride".
Cette architecture consiste donc en un premier réseau électrique de puissance reliant l'alterno-démarreur à un élément de stockage d'énergie électrique fonctionnant à une tension supérieure à 12 V, pouvant atteindre 42 V, et en un second réseau électrique de service reliant tous les autres équipements. L'adaptation des niveaux de tensions entre les deux réseaux est assurée par un convertisseur continu/ continu réversible. Dans un second temps, des considérations écologiques, ont conduit à concevoir des alterno-démarreurs ayant une puissance, de l'ordre de 8 à 10 KW, suffisante pour entraîner le véhicule à faible vitesse, par exemple en environnement urbain.
De telles puissances n'ont pu être obtenues tout en conservant des machines électriques compactes qu'en portant la tension du réseau électrique de puissance à une tension, de l'ordre de 60 V, bien supérieure à la tension nominale des batteries au plomb classiques.
Si cette architecture (dite "mild-hybrid" en terminologie anglaise, par comparaison à celle dite "full-hybrid" dans laquelle le véhicule peut être entraîné à pleine vitesse par le moteur électrique) présente des avantages incontestables pour l'environnement, il apparaît toutefois que le convertisseur continu/ continu réversible haute tension nécessaire présente une fiabilité plus faible que celle d'un alternateur standard.
II est connu de l'entité déposante de palier cet inconvénient en équipant de plus le véhicule d'un alternateur standard chargeant directement la batterie au plomb du réseau de service.
Cependant cette solution de redondance ne résout pas le problème du surcoût lié à la mise en œuvre du convertisseur continu/ continu.
DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION
La présente invention vise donc à améliorer la fiabilité d'une architecture "mild-hybrid" tout en réduisant le coût.
Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride du type de ceux consistant à munir le véhicule, d'une part, d'un premier réseau électrique comprenant un moteur/générateur électrique et un convertisseur alternatif/continu réversible fournissant une tension de sortie Udc dans un mode générateur et un élément de stockage d'énergie électrique présentant une première tension Ues à ses bornes, et, d'autre part, d'un second réseau électrique comprenant un alternateur et une batterie présentant une seconde tension Ulb à ses bornes inférieure à la première tension Ues, et l'élément de stockage d'énergie électrique et la batterie étant déconnectés du premier réseau électrique, ou connectés au premier réseau électrique en fonction de la tension de sortie Udc.
Conformément à l'invention : - l'élément de stockage d'énergie électrique est connecté au premier réseau électrique quand la tension de sortie Udc augmente et devient sensiblement égale à la première tension Ues ;
- une fois l'élément de stockage d'énergie électrique connecté au premier réseau électrique, cette connexion est conservée tant que la première tension Ues suit la tension de sortie Udc ; et
- l'élément de stockage d'énergie électrique est déconnecté du premier réseau électrique quand la tension de sortie Udc diminue et devient inférieure à la première tension Ues.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé selon l'invention, la tension de sortie Udc est pilotée par une stratégie de commande de manière à faire correspondre celle-ci à la première tension Ues ou à la seconde tension Ulb lorsque la stratégie de commande décide de connecter l'élément de stockage d'énergie électrique ou la batterie, respectivement, au premier réseau électrique.
Selon une autre caractéristique particulière du procédé selon l'invention, la stratégie de commande effectue un pilotage d'un courant de charge de l'élément de stockage d'énergie électrique ou de la batterie une fois que l'un d'eux est connecté au premier réseau électrique.
Selon d'autres caractéristiques particulières du procédé selon l'invention : - La batterie est connectée au premier réseau électrique quand la tension de sortie Udc diminue et devient sensiblement égale à la seconde tension Ulb.
- Une fois la batterie connectée au premier réseau électrique, cette connexion est conservée tant que la seconde tension Ulb suit la tension de sortie Udc.
- La batterie est déconnectée du premier réseau électrique quand la tension de sortie Udc augmente et devient supérieure à la seconde tension Ulb.
- L'élément de stockage d'énergie électrique est déconnecté du premier réseau électrique en cas de défaillance.
- La batterie est déconnectée du premier réseau électrique en cas de défaillance.
Selon un second aspect, l'invention concerne également un système d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride pour la mise en œuvre du procédé de l'invention décrit brièvement ci-dessus.
Le système d'alimentation électrique redondante selon l'invention est du type de ceux comportant, d'une part, un premier réseau électrique comprenant un moteur/générateur électrique et un convertisseur alternatif/continu réversible fournissant une tension de sortie Udc dans un mode générateur et relié par des premiers moyens de connexion à un élément de stockage d'énergie électrique présentant une première tension Ues à ses bornes, et, d'autre part, un second réseau électrique comprenant un alternateur et une batterie présentant une seconde tension Ulb à ses bornes inférieure à la première tension Ues et reliée par des seconds moyens de connexion au premier réseau électrique.
Conformément à l'invention, les premiers et seconds moyens de connexion sont des commutateurs commandés en fonction de la tension de sortie Udc, la tension de sortie Udc étant pilotée par une stratégie de commande de manière à faire correspondre celle-ci à la première tension Ues ou à la seconde tension Ulb lorsque la stratégie de commande décide de connecter l'élément de stockage d'énergie électrique ou la batterie, respectivement, au premier réseau électrique.
Selon d'autres caractéristiques particulières du système selon l'invention : - Le premier commutateur se ferme et connecte l'élément de stockage d'énergie électrique au premier réseau électrique quand la tension de sortie Udc augmente et devient sensiblement égale à la première tension Ues.
- Une fois l'élément de stockage d'énergie électrique connecté au premier réseau électrique, cette connexion est conservée par une commande en fermeture du premier commutateur tant que la première tension Ues suit la tension de sortie Udc.
- Le premier commutateur s'ouvre et déconnecte l'élément de stockage d'énergie électrique du premier réseau électrique quand la tension de sortie Udc diminue et devient inférieure à la première tension Ues.
- Le second commutateur se ferme et connecte la batterie au premier réseau électrique quand la tension de sortie Udc diminue et devient sensiblement égale à la seconde tension Ulb.
- Une fois la batterie connectée au premier réseau électrique, cette connexion est conservée par une commande en fermeture du second commutateur tant que la seconde tension Ulb suit la tension de sortie Udc.
- Le second commutateur s'ouvre et déconnecte la batterie du premier réseau électrique quand la tension de sortie Udc augmente et devient supérieure à la seconde tension Ulb.
- Le premier commutateur est ouvert en cas de défaillance de l'élément de stockage d'énergie électrique. - Un fusible est prévu pour déconnecter la batterie du premier réseau électrique en cas de défaillance.
- Le moteur/générateur est une machine électrique tournante comportant un bobinage d'excitation relié à un circuit d'excitation et le second commutateur est ouvert en cas de défaillance du convertisseur alternatif/continu et/ou du circuit d'excitation.
- Les premier et second commutateurs sont des dispositifs à semiconducteurs, notamment de type MOSFET de puissance, de préférence réversibles en tension et en courant.
Les quelques spécifications indiquées ci-dessus auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages apportés par le procédé et le système d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride par rapport à l'état de la technique antérieur.
Des spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La Figure 1 montre un système d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride connu de l'état de la technique dans une architecture dite "mild-hybrid".
La Figure 2 illustre le procédé d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride selon l'invention.
Les Figures 3a, 3b et 3c montrent trois modes de fonctionnement du système d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride selon l'invention.
La Figure 4 est un schéma de principe d'un mode de réalisation préféré du système d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride selon l'invention.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION Un rappel, en liaison avec la Figure 1 , des caractéristiques d'un système d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride connu de l'état de la technique dans une architecture dite "mild-hybrid", permettra de bien comprendre l'apport de l'invention.
La Figure 1 montre schématiquement un premier réseau d'alimentation électrique 1 comprenant un élément de stockage d'énergie électrique 2 et un moteur/générateur électrique 3.
Le plus souvent, ce moteur/générateur 3 est une machine triphasée, telle que celle représentée, comprenant un rotor comportant un bobinage d'excitation 4 et un stator comportant des enroulements de phases 5.
Quand le moteur/générateur 3 est en mode moteur, un circuit d'excitation 6 fournit un courant d'excitation au rotor et un convertisseur continu/ alternatif réversible 7 fonctionnant en onduleur alimente les enroulements de phases 5 du stator à partir de l'élément de stockage d'énergie électrique 2.
Quand le moteur/générateur 3 est en mode générateur, le convertisseur continu/ alternatif 7 fonctionne en redresseur synchrone et une boucle de régulation de tension (non représentée) agissant sur le courant d'excitation délivré par le circuit 6 contrôle la tension de charge de l'élément de stockage d'énergie électrique 2.
La Figure 1 montre schématiquement un second réseau d'alimentation électrique 8 comprenant une batterie 9 et un alternateur 10.
On notera ici que la terminologie « stockeur d'énergie électrique » sera également utilisée dans la suite de la description indifféremment pour l'élément de stockage d'énergie électrique 2 et la batterie 9.
En général, cet alternateur 10 est un alternateur standard triphasé, tel que celui représenté schématiquement, chargeant une batterie au plomb standard 9 au moyen d'un pont redresseur triphasé 1 1 .
L'élément de stockage d'énergie électrique 2 est dans cet exemple de réalisation une batterie lithium-ion de forte capacité et de tension nominale élevée, par exemple de l'ordre 60 V.
Comme le montre bien la Figure 1 , dans le but d'obtenir une alimentation électrique du véhicule redondante, les premier 1 et second 8 réseaux électriques sont reliés entre eux.
Le premier réseau électrique 1 peut fournir de l'énergie électrique au second réseau 8 et charger la batterie au plomb 9, tandis que le second réseau 8 peut réciproquement fournir de l'énergie électrique au premier 1 , par exemple quand la batterie au lithium 2 est déchargée. La tension limite de décharge d'une batterie au lithium d'un type courant ayant une tension nominale de 60 V est d'environ 48 V et sa tension de coupure de charge d'environ 78 V.
La tension aux bornes d'une batterie au plomb 9 d'une tension nominale de 12 V varie entre environ 1 1 V quand elle est déchargée et environ 14 V quand elle est chargée.
Un convertisseur continu/ continu réversible 12 assure donc l'adaptation des niveaux de tensions entre les deux réseaux électriques 1 , 8.
Ce convertisseur 12 est généralement un convertisseur à semi-conducteurs à découpage monté en "masse commune" avec les deux batteries 2, 9.
Ainsi que cela a déjà été mentionné, il s'avère que ce type de convertisseur 12, qui permet d'obtenir une alimentation électrique redondante en connectant les deux réseaux électriques 1 , 8, présente le double inconvénient d'être peu fiable et onéreux.
Le procédé d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride selon l'invention permet de supprimer ce convertisseur 12, comme permettront de le montrer les explications suivantes en liaison avec la Figure 2.
La Figure 2 montre schématiquement un premier réseau électrique similaire au premier électrique 1 connu de l'état de la technique représenté sur la Figure 1 :
- un moteur/générateur électrique 3 de type triphasé comportant un bobinage d'excitation 4 et des enroulements de phases 5;
- un convertisseur continu/ alternatif réversible 7 relié aux enroulements de phases 5;
- un circuit d'excitation 6 alimentant le bobinage d'excitation 4;
- un élément de stockage d'énergie électrique 2 présentant une première tension aux bornes Ues.
Dans le mode de fonctionnement en générateur, la tension de sortie du dispositif de génération électrique formé des éléments 3 et 7 est la tension Udc présente aux bornes du convertisseur continu/ alternatif 7.
S'agissant d'un problème d'adaptation des niveaux de tensions de fonctionnement des réseaux électriques 1 , 8 liés aux caractéristiques différentes de l'élément de stockage d'énergie électrique 2 et de la batterie 9, par simplification, seule une batterie 9 présentant une seconde tension aux bornes Ulb inférieure à Ues a été représentée dans le second réseau électrique 8 sur la Figure 2. Comnne montré à la Figure 2, le système d'alimentation électrique redondante de l'invention comporte au moins deux commutateurs électroniques K1 et K2 autorisant une connexion sélective des stockeurs 2 et 9 aux bornes du convertisseur 7.
Conformément à l'invention, la connexion du stockeur 2 ou 9 aux bornes du convertisseur 7 n'est commandée que lorsque la tension de sortie Udc est en adéquation avec la tension du stockeur 2, 9, dont la connexion est voulue par une stratégie de commande du système.
Plus précisément, en mode générateur, il est prévu dans le système de l'invention une commande de pilotage particulière du convertisseur continu/alternatif 7 ayant pour objet d'amener la tension de sortie Udc à coïncider avec la tension Ues ou Ulb. De préférence, cette mise en coïncidence est obtenue en agissant sur une boucle de régulation de tension du dispositif de génération électrique 3-7, c'est- à-dire, en agissant sur une tension de consigne de la régulation. On notera que différentes formes de réalisation sont possibles pour la régulation de tension et sont compatibles avec l'invention. Ainsi, bien qu'un fonctionnement en redressement synchrone pleine onde avec une commande du courant d'excitation pour la régulation soit la forme de réalisation qui est actuellement préférée, il n'est pas exclu que certaines applications futures de l'invention fassent appel à une régulation de tension de type à découpage avec une commande adéquate des transistors de puissance du convertisseur 7.
Une fois une connexion établie avec le stockeur 2, 9, par fermeture du commutateur K1 , K2, correspondant, la tension Udc est imposée par le stockeur connecté 2, 9, et un pilotage en courant est alors effectué notamment afin de respecter des caractéristiques maximales de courant et température du stockeur 2, 9.
La stratégie de commande du système décide à tout moment du stockeur 2, 9 à connecter en fonction essentiellement de la tension Udc qu'il est possible d'obtenir et de l'état de charge des stockeurs 2 et 9, sachant que le régime de fonctionnement du moteur thermique du véhicule impose des contraintes aux tension et courant qu'il est possible d'extraire du dispositif de génération électrique 3-7.
Ainsi, par exemple, lorsque la batterie au plomb 9 est sensiblement déchargée, le système pourra commander une connexion de celle-ci au premier réseau électrique 1 dans la mesure où la tension de sortie Udc peut être réglée à la valeur adéquate, au moins égale à la tension aux bornes de la batterie, et maintenir cette connexion tant que possible, par exemple, en circulation sur autoroute, jusqu'à une charge complète de la batterie à la tension d'environ 14 V.
Toujours dans le contexte ci-dessus, dans la mesure par exemple où le régime de fonctionnement du moteur thermique autorise un réglage de la tension Udc à la valeur de tension présente aux bornes de l'élément de stockage d'énergie électrique 2, la stratégie de commande du système peut décider d'interrompre la charge de la batterie 9 en commandant sa déconnexion et commander une connexion de l'élément 2, dans le cadre de l'application d'une gestion optimale des stockeurs d'énergie électrique 2, 9. De manière analogue, si la batterie 9 est par exemple complètement chargée et que le régime du moteur thermique le permet, la stratégie de commande peut décider de déconnecter la batterie 9 et commander une connexion de l'élément 2.
Lorsque l'élément de stockage d'énergie électrique 2 est complètement chargé, typiquement avec une tension aux bornes d'environ 78 V pour une batterie au lithium de 60 V de tension nominale, la stratégie de commande du système pourra commander une déconnexion de l'élément de stockage d'énergie électrique 2.
Le procédé de l'invention qui vient d'être décrit est mis en œuvre à travers les deux commutateurs électroniques K1 et K2 formant respectivement des premier et second moyens de connexion de l'élément de stockage d'énergie électrique 2 et de la batterie 9 au premier réseau électrique 1 . Les états des commutateurs K1 et K2 sont liés à la valeur de la tension de sortie Udc.
Le Tableau I suivant résume les trois configurations possibles montrées sur les Figures 3a, 3b et 3c des premier K1 et second K2 commutateurs.
Dans ce Tableau I, une distinction est faite entre la commande et l'état des commutateurs K1 et K2. En effet, ces commutateurs K1 , K2 étant réalisés à partir de transistors MOSFET qui comportent de manière intrinsèque une diode interne, ils peuvent devenir passant (état « fermé » autorisant le passage d'un courant) sans pour autant être commandés en fermeture. Dans certaines formes de réalisation, l'invention tirera avantage de cette caractéristique des transistors MOSFET qui autorise une commutation spontanée de ceux-ci et qui simplifie la commande. Par contre, bien entendu, après que cette commutation spontanée se soit produite, l'état du transistor concerné est verrouillé par l'application d'une commande, comme montré par les configurations 1 et 3 dans le tableau. Les lettres «O» et «F» dans le tableau correspondent aux commandes et états « ouvert » et « fermé » des transistors.
Figure imgf000012_0001
Tableau I
Le Tableau I résume le fonctionnement suivant :
Configuration 1 :
- Le commutateur K1 se ferme et connecte l'élément de stockage d'énergie électrique 2 au premier réseau électrique 1 quand la tension Udc augmente et devient sensiblement égale à la tension Ues; et
- une fois l'élément de stockage d'énergie électrique 2 connecté au premier réseau électrique 1 , cette connexion est verrouillée par une commande en fermeture du commutateur K1 tant que la tension Ues suit la tension Udc.
Configuration 2 :
- Le commutateur K1 s'ouvre et déconnecte l'élément de stockage d'énergie électrique 2) au premier réseau électrique 1 quand la tension Udc diminue et devient inférieure à la tension Ues.
Configuration 3 :
- Le commutateur K2 se ferme et connecte la batterie 9 au premier réseau électrique 1 quand la tension Udc diminue et devient sensiblement égale à la tension Ulb; et
- une fois la batterie 9 connectée au premier réseau électrique 1 , cette connexion est conservée par une commande en fermeture du commutateur K2 tant que la tension Ulb suit la tension Udc.
Configuration 4 : - Le commutateur K2 s'ouvre et déconnecte la batterie 9 du premier réseau électrique 1 quand la tension Udc augmente et devient supérieure à la tension Ulb.
On notera que les configurations 2 et 4 correspondent à une phase transitoire pendant laquelle le premier commutateur K1 est fermé et le second commutateur K2 est ouvert, et inversement. Cette phase transitoire est courte parce que la capacité C du condensateur 13 en parallèle sur les bornes "continu" du convertisseur continu/ alternatif 7 est faible (moins de 1 mF).
Dans la forme de réalisation particulière de la Figure 4, les dispositifs à semi- conducteurs de type MOSFET de puissance 14a, 14b et 15 correspondent respectivement aux premier et second commutateurs K1 et K2.
Pour permettre l'alimentation du premier réseau électrique 1 par l'élément de stockage 2 aussi bien que la charge de celui-ci à partir de ce premier réseau 1 , le premier commutateur K1 (transistors 14a et 14b) est réversible en tension et en courant (commutateur 4-quadrants). De cette manière, l'énergie électrique nécessaire à la fonction de démarrage du moteur thermique et à la fonction "mild- hybrid" peut être fournie par l'élément de stockage 2. Le transistor 14a est celui qui assure la fonction du commutateur K1 à proprement parlé. Le transistor 14b s'ouvre en cas de défaut et assure ainsi un isolement électrique. On notera que dans un mode de fonctionnement sans défaut, le transistor 14b est en permanence à l'état fermé «F». Cette architecture du commutateur K1 , avec deux transistors commandés séparément, permet de conserver l'avantage de la commutation spontanée pour le transistor 14a.
A la Figure 4, on notera également la présence d'un élément optionnel 16 dans le premier commutateur K1 . Cet élément 16 apporte un protection contre un court-circuit de l'élément de stockage 2 ou une inversion du sens de branchement de celui-ci.
Dans la forme de réalisation de la Figure 4, le second commutateur K2 n'est pas réversible et est réalisé au moyen du transistor 15. Bien entendu, dans d'autres formes de réalisation de l'invention, le commutateur K2 peut être rendu réversible et aura une architecture analogue à celle du commutateur K1 de la Figure 4, notamment, par exemple, afin d'assurer une fonction minimum de démarrage (pas de fonction "mild-hybrid") en cas de défaillance de l'élément de stockage 2 lorsque le commutateur K1 est mis dans l'état ouvert au moyen du transistor 14b. Comnne cela apparaît à la Figure 4, un fusible 17 est prévu dans le circuit électrique de raccordement de la batterie 9 au premier réseau 1 . Ce fusible 17 autorise un isolement électrique automatique des premier et second réseaux électriques 1 , 8 en cas de mise en court-circuit du circuit d'excitation 6 ou du convertisseur continu/ alternatif 7. On notera que le fusible 7 pourra être réalisé au moyen d'un commutateur électronique.
Dans le cas évoqué plus haut où le second commutateur K2 a une architecture analogue à celle du premier commutateur K1 de la Figure 4, la fonction du fusible 7 assurant le découplage des deux réseaux 1 , 8 pourra être obtenue en forçant le second commutateur K2 dans l'état "ouvert".
L'alternateur 10 du second réseau électrique 8 et le moteur/générateur électrique 3 du premier réseau électrique 1 sont, en variante, avantageusement agencé sur le même arbre 18, et intégrés dans une même machine plutôt que d'être constitués de deux machines distinctes 3, 10.
Dans une autre variante, le second réseau électrique comprend en outre un démarreur standard 19 alimenté par la batterie au plomb 9. Cette option permet de démarrer le moteur thermique en cas de mise en court-circuit du circuit d'excitation 6 ou du convertisseur continu/ alternatif 7 (fusible 17 «ouvert» ou K2 «ouvert»).
Comme il va de soi l'invention ne se limite pas aux seuls modes d'exécution préférentiels décrits ci-dessus.
Une description analogue pourrait porter sur des types de moteurs/ générateurs électriques 3, d'éléments de stockage de l'énergie électrique, de batteries 9, et de commutateurs K1 , K2 différents de ceux spécifiés.
Notamment, des seuils de tensions Udc, Ulb, Ues ne sont donnés qu'à titre d'exemple.
L'invention embrasse donc toutes les variantes possibles de réalisation dans la mesure où ces variantes restent dans le cadre défini par les revendications ci- après.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Procédé d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride du type de ceux consistant à munir ledit véhicule, d'une part, d'un premier réseau électrique (1 ) comprenant un moteur/générateur électrique (3) et un convertisseur alternatif/continu réversible (7) fournissant une tension de sortie Udc dans un mode générateur et un élément de stockage d'énergie électrique (2) présentant une première tension Ues à ses bornes, et, d'autre part, d'un second réseau électrique (8) comprenant un alternateur (10) et une batterie (9) présentant une seconde tension Ulb à ses bornes inférieure à ladite première tension Ues, et ledit élément de stockage d'énergie électrique (2) et ladite batterie (9) étant déconnectés dudit premier réseau électrique (1 ), ou connectés audit premier réseau électrique (1 ) en fonction de ladite tension de sortie Udc, caractérisé en ce que, dans ledit mode générateur:
- ledit élément de stockage d'énergie électrique (2) est connecté audit premier réseau électrique (1 ) quand la tension de sortie Udc augmente et devient sensiblement égale à la première tension Ues;
- une fois ledit élément de stockage d'énergie électrique (2) connecté audit premier réseau électrique (1 ), cette connexion est conservée tant que la première tension Ues suit la tension de sortie Udc ; et
- ledit élément de stockage d'énergie électrique (2) est déconnecté dudit premier réseau électrique (1 ) quand la tension de sortie Udc diminue et devient inférieure à la première tension Ues. 2) Procédé d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, dans ledit mode générateur:
- ladite batterie (9) est connectée audit premier réseau électrique (1 ) quand la tension de sortie Udc diminue et devient sensiblement égale à la seconde tension Ulb;
- une fois ladite batterie (9) connectée audit premier réseau électrique (1 ), cette connexion est conservée tant que la seconde tension Ulb suit la tension de sortie Udc ; et
- ladite batterie (9) est déconnectée dudit premier réseau électrique (1 ) quand la tension de sortie Udc augmente et devient supérieure à la seconde tension Ulb. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite tension de sortie Udc est pilotée par une stratégie de commande de manière à faire correspondre celle-ci à la première tension Ues ou à la seconde tension Ulb lorsque ladite stratégie de commande décide de connecter ledit élément de stockage d'énergie électrique (2) ou ladite batterie (9), respectivement, audit premier réseau électrique (1 ).
4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite stratégie de commande effectue un pilotage d'un courant de charge dudit élément de stockage d'énergie électrique (2) ou de ladite batterie (9) une fois que l'un d'eux est connecté audit premier réseau électrique (1 ).
5) Procédé d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément de stockage d'énergie électrique (2) est déconnecté dudit premier réseau électrique (1 ) en cas de défaillance.
6) Procédé d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite batterie (9) est déconnectée dudit premier réseau électrique (1 ) en cas de défaillance.
7) Système d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride apte à la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 précédentes du type de ceux comportant, d'une part, un premier réseau électrique (1 ) comprenant un moteur/générateur électrique (3) et un convertisseur alternatif/continu réversible (7) fournissant une tension de sortie Udc dans un mode générateur et relié par des premiers moyens de connexion (K1 ) à un élément de stockage d'énergie électrique (2) présentant une première tension Ues à ses bornes, et, d'autre part, un second réseau électrique (8) comprenant un alternateur (10) et une batterie (9) présentant une seconde tension Ulb à ses bornes inférieure à ladite première tension Ues et reliée par des seconds moyens de connexion (K2) audit premier réseau électrique (1 ), caractérisé en ce que lesdits premiers et seconds moyens de connexion (K1 , K2) sont des commutateurs (K1 , K2) commandés en fonction de ladite tension de sortie Udc, ladite tension de sortie Udc étant pilotée par une stratégie de commande de manière à faire correspondre celle- ci à la première tension Ues ou à la seconde tension Ulb lorsque ladite stratégie de commande décide de connecter ledit élément de stockage d'énergie électrique (2) ou ladite batterie (9), respectivement, audit premier réseau électrique (1 ).
8) Système d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, dans ledit mode générateur:
- ledit premier commutateur (K1 ) se ferme et connecte ledit élément de stockage d'énergie électrique (2) audit premier réseau électrique (1 ) quand ladite tension de sortie Udc augmente et devient sensiblement égale à ladite première tension Ues;
- une fois ledit élément de stockage d'énergie électrique (2) connecté audit premier réseau électrique (1 ), cette connexion est conservée par une commande en fermeture dudit premier commutateur (K1 ) tant que la première tension Ues suit la tension de sortie Udc ; et
- ledit premier commutateur (K1 ) s'ouvre et déconnecte ledit élément de stockage d'énergie électrique (2) dudit premier réseau électrique (1 ) quand la tension de sortie Udc diminue et devient inférieure à la première tension Ues.
9) Système d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride selon la revendication 7 ou 8 précédente, caractérisé en ce que, dans ledit mode générateur:
- ledit second commutateur (K2) se ferme et connecte ladite batterie (9) audit premier réseau électrique (1 ) quand ladite tension de sortie Udc diminue et devient sensiblement égale à ladite seconde tension Ulb;
- une fois ladite batterie (9) connectée audit premier réseau électrique (1 ), cette connexion est conservée par une commande en fermeture dudit second commutateur (K2) tant que la seconde tension Ulb suit la tension de sortie Udc ; et - ledit second commutateur (K2) s'ouvre et déconnecte ladite batterie (9) dudit premier réseau électrique (1 ) quand ladite tension de sortie Udc augmente et devient supérieure à ladite seconde tension Ulb.
10) Système d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 précédentes, caractérisé en ce que ledit premier commutateur (K1 ) est ouvert en cas de défaillance dudit élément de stockage d'énergie électrique (2).
1 1 ) Système d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride selon l'une quelconque des revendications 7 à 10 précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend également un fusible (17) prévu pour déconnecter ladite batterie (9) dudit premier réseau électrique (1 ) en cas de défaillance.
12) Système d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride selon l'une quelconque des revendications 7 à 1 1 précédentes, caractérisé en ce que ledit moteur/générateur (3) est une machine électrique tournante comportant un bobinage d'excitation (4) relié à un circuit d'excitation (6) et en ce que ledit second commutateur (K2) est ouvert en cas de défaillance dudit convertisseur alternatif/ continu (7) et/ ou dudit circuit d'excitation (6).
13) Système d'alimentation électrique redondante d'un véhicule automobile hybride selon l'une quelconque des revendications 7 à 12 précédentes, caractérisé en ce que les premier et second commutateurs (K1 , K2) sont des dispositifs à semiconducteurs (14, 15), notamment de type MOSFET de puissance, de préférence réversibles en tension et en courant.
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