Brevet FR2181890A1 — publié le 19731207

La présente invention se rapporte à un système de propulsion électrique hybride perfectionné. Un système de propulsion électrique hybride, qui est utilisé dans certains moteurs Diesel et dans certains véhicules électriques, est un système de propulsion dans lequel un moteur électrique est alimenté par le courant fourni par une génératrice électrique-qui, de son côté, est entraînée par un moteur à combustion interne et externe. Un tel système est particulièrement avantageux quand le moteur à combustion interne ou externe (qui sera qualifié ci-après de moteur primaire") est une machine à vapeur ou une turbine à gaz ayant un haut rendement, mais dont la commande présente certaines difficultés.Or, un tel système de propulsion doit être conçu pour que la source d'énergie du moteur électrique ait une résistance interne minimale afin d'être capable de fournir une grande quantité d'énergie dans certaines conditions exceptionnelles, par exemple au moment du démarrage, pendant les accélérations brusques, ou encore dans les côtes.En conséquence, les puissances nominales du moteur primaire et de la génératrice doivent être choisies assez grandes pour satisfaire les besoins d'énergie dans les conditions exceptionnelles mentionnées ci-dessus, mais cette solution n'est pas pratique, car il peut en résulter une augmentation excessive des dimensions et du coût de la source motrice. I1 a également été proposé d'utiliser une batterie d'accumulateurs chargée par l'énergie électrique fournie par la génératrice, afin de constituer ainsi une source d'énergie d'appoint pour les conditions de marche exceptionnelle, mais une telle batterie a non seulement le grave défaut d'être lourde, mais encore celui de se décharger trop lentement pour satisfaire la demande de courant nécessaire pour les accélérations, à quoi s' ajoute un régime de recharge trop lent, qui exclut des utilisations fréquentes. En conséquence, l'un des buts de la présente invention est de fournir un nouveau système de propulsion électrique hybride perfectionné qui permet de résouare tous les problèmes ci-dessus. Selon la présente invention, un système de propulsion électrique hybride comprend un moteur primaire, tel qu'un moteur à combustion interne et externe, une génératrice électrique entraînée par ce moteur primaire, un condensateur ayant une très grande capacité et qui est branché entre les deux bornes de ladite génératrice, et un moteur électrique branché entre les deux bornes dudit condensateur à travers un moyen de réglage d'intensité. L'idée de l'utilisation d'un condensateur en tant que source d'énergie électrique à la place d'une batterie d'accumulateurs est décrite dans la demande de brevet français nO 73 01.720, déposée le 18 janvier 1973 par le Demandeur, et la présente invention vise à appliquer cette idée à un domaine particulier, notamment à ovlui des moteurs hybrides, pour obtenir un effet nouveau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence à la figure unique du dessin annexé, qui est un schéma de principe, partiellement par blocs, illustrant un système de propulsion électrique hybride conforme à celle-ci. Le bloc 1 représente un moteur primaire constitué par un moteur à combustion interne ou externe, tel qu'une machine à vapeur ou une turbine à gaz, ce moteur primaire étant accouplé au rotor d'une génératrice à courant alternatif, c'est-à-dire à un alternateur 2 par des moyens d'accouplement mécaniques figurés par une ligne en tirets. Les deux bornes de sortie de l'alternateur 2 sont reliées, à travers un redresseur 5, aux deux bornes d'un condensateur 4, qui constitue l'objet de l'invention. Le condensateur 4 a une très grande valeur, pouvant aller de quelques farads à quelques centaines de farads, c'est-à-dire qu'il a une capacité très supérieure à celle normalement utilisée dans la technique antérieure, cette capacité étant choisie en fonction des dimensions, de l'utilisation et des performances exigées du moteur hybride. il est bien évident que plus la capacité est grande, meilleures sont les caractéristiques d'accélération, mais que, par contre, les dimensions et le poids du condensateur augmentent en même temps. Les deux bornes de condensateur 4 sont reliées aux deux bornes d'un moteur à courant continu série 7, qui comprend un enroulement d'excitation 8 et un induit 9, à travers un régulateur d'intensité 5. Le régulateur d'intensité 5 est constitué, par exemple, par un chopper à thyristors et est relié à tin organe de réglage de vitesse 6, par exemple à la pédale d'accélérateur d'un véhicule automobile , par une liaison mécanique figurée par une ligne en'tirets.La capacité de la source d'énergie ci-dessus, comprenant le moteur primaire 1 et la génératrice 2, peut être suffisante pour satisfaire la consommation normale du moteur 7 pour faire marcher le moteur hybride ou le véhicule automobile à sa vitesse normale. quand le moteur primaire 1 a été mis en marche par un procédé connu quelconque, il continue d'opérer dans des conditions optimales. Une partie de l'énergie électrique produite par l'alternateur 2, entraîné par le moteur primaire 1, est redressée par le redresseur 3 et sert à charger le condensateur 4. ainsi la tension de sortie de l'alternateur 2 et la tension de charge du condensateur 4 se superposent entre les deux bornes du condensateur 4.Quand le régulateur de courant 5 est actionné pour fournir un courant approprié au moteur 7, par suite de l'actionnement d'un organe de réglage de vitesse 6, tel qu'une pédale d'accélérateur, le moteur 7 se met à tourner et développe en conséquence un couple servant à entraîner le corps du véhicule. Si, dans ces conditions, le courant consommé par le moteur 7 pour développer le couple nécessaire à la marche du véhicule est inférieur au courant de sortie nominal de l'alternateur 2, la chute de tension entre les deux bornes du condensateur 4 sera faible, et le moteur 7 continuera d'être complètement alimenté en énergie électrique par la génératrice 2.Par contre, quand le courant d'alimentation nécessaire au moteur 7 dépasse le courant de sortie nominal de l'alternateur 2, comme c'est le cas dans l'une des situations exceptionnelles mentionnées ci-dessus, la tension de sortie de l'alternateur 2 baisse nécessairement et devient différente de la tension présente entre les bornes du condensateur 4. De ce fait, le condensateur 4 se décharge immédiatement pour compenser cette différence, et, par conséquent, aucune chute de tension n'apparaît entre les bornes de la source d'alimentation du moteur 7, incluant le condensateur 4. Etant donné que le condensateur 4 se décharge très rapidement, la résistance interne de la source électrique ci-dessus semble très faible. De plus, étant donné que le condensateur 4 se recharge rapidement quand la consommation du moteur 7 redevient normale, la fréquence de répétition des accélérations et des décélérations peut être élevée. Toutefois, étant donné que la résistance interne de la source électrique devient nécessairement grande lorsque la situation exceptionnelle cidessus se prolonge pendant un certain temps, notamment au point de décharger complètement le condensateur 4, il est nécessaire de choisir la capacité du condensateur 4 suffisamment grande pour être adaptée aux conditions d'utilisation et aux performances du moteur du véhicule hybride. En variante, un dispositif de changement de vitesse mécanique pourrait être ajouté pour éviter une décharge excessive du condensateur 4. On a procédé à des essais sur un mini-car ayant.un poids total de 1-0 kg, conducteur compris, et comportant un système de propulsion conforme à l'invention ayant les caractéristiques suivantes - moteur primaire 1 : petit moteur à essence - alternateur 2 : puissance de'sortie maximale 50 W (100 V, 0,5 a) - condensateur 4 Type : condensateur électrolytique aluminium Capacité totale : 2,865 farads ; (0,27 F x 10 en paral lèle + 0,33 F x 2 en série) Poids total . 15,6 kg Volume total : environ 12 litres. - Dispositif de commande de courant 5 : chopper à transis tors de puissance au silicium - Moteur 7 : 12 V, 40 W ; moteur série à courant continu. On a constamment fait marcher le moteur à essence ci-dessus dans des conditions telles qu'il n'y avait aucune marge par rapport à la puissance de sortie nominale de l'alternateur 2. L'essai a sabord été exécuté avec le condensateur 4 en circuit, puis avec le condensateur 4 enlevé. Le temps nécessaire polir atteindre une vitesse de 8 km/h au démarrage a ét d'environ v,5 seconde dans le premier cas, et d'environ 6 secoues dans le secoal. De plus, certaines côtes, iue le véhicule était incapab'e de monter dans le second cas, ont pu être grimpées dans le premier. Comme il a été indiqué ci-dessus, le système de propulsion de l'invention présente non seulement des caractéristiques 4tt'C- cffilération supérieures à celles du système antérieur, mis offre également de nombreux avantages, gracie auxquels la puissance de sortie du moteur primaire et celle de la génératrice électrique peuvent être réduites sans affecter pour autant l1accélération, et, en conséquence, ce système peut être fabriqué avec un poids et un prix réduits, et en outre peut être facilement adapté aux systèmes de propulsion antérieurs, auxquels il suffit, à cette fin, d'ajouter un condensateur. Il va de soi que de nombreux avantages peuvent être apportés à l'exemple représenté et décrit, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. C'est ainsi, par exemple, que la génératrice REVENDICATIONS 1 - Système de propulsion électrique du type hybride qui comprend un moteur primaire, une génératrice entraînée par ce moteur primaire et un moteur alimenté par le courant de sortie de cette génératrice, caractérisé en ce qu'il comprend un condensateur ayant une très grande capacité pour accumuler l'énergie de sortie de ladite génératrice et pour fournir son énergie de charge au dit moteur au moment voulu. 2 - système de propulsion électrique du type hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que la capacité dudit condensateur est égale ou supérieure à un farad.