Brevet FR2258282A1 — publié le 19750818

La présente invention concerne un dispositif dlentrainement électrique hybride pour véhicule. Les inquiétudes actuelles au sujet de l'environnement ont entraîné la création de normes rigoureuses concernant les émis sions des produits d'échappement des moteurs des véhicules servant au transport des personnes. Actuellement, la quantité de certains polluants apparaissant dans les émissions des produits d'échappement a pu être réduite mais au prix d'une augmentation de la quantité de certains autres polluants. Par exemple, les émissions d'oxyde de carbone et d'hydrocarbure ont été réduites, mais cela a pour résultat une augmentation des émissions de bioxyde d'azote. Cependant, les normes gouvernementales qui sont prévues dans le futur sont plus rigoureuses et, par conséquent, il sera nécessaire de perfectionner la technique actuelle du controle de la pollution. Les constructeurs de voitures particulières tentent depuis longtemps de réaliser des dispositifs d'entraînement électrique pour leurs véhicules. L'attention portée à ce type système de propulsion s'est renouvelée avec l'apparition des normes de contrôle des émissions des produits d'échappement. Du point de vue des émissions provenant du véhicule, un dispositif d'entraînement électrique alimenté par batterie d'accumulateurs constitue un système idéal du fait qu'il est exempt de toute pollution. Cependant, un dispositif d'entraînement électrique alimenté par batterie ne constitue pas actuellement une possi bilité pratique du fait qu'il y a lieu de lui associer un coût élevé, un poids important et un rayon d'action limité L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et d'apporter une solution à ces problèmes. Selon l'invention, il est prévu d'utiliser un système hybride pour avoir la certitude d'obtenir les avantages des systèmes à moteur à combustion interne classiques sans aucun risque d'émission importante de produits d'échappement, tout en obtenant en même temps les avantages des équipements d'entraînement électrique classiques avec une réduction importante en ce qui concerne les coûts et le poids ainsi qu'une augmentation du rayon d'action. Le système hybride selon l'invention comprend un moteur de traction alimenté en énergie par une batterie ou, alternativement, par une génératrice à puissance constante. Lorsque la tension de la batterie présente une valeur supérieure à un premier niveau prédéterminé, la batterie seule fournit de l'énergie électrique au moteur.Lorsque la tension de la batterie diminue jusqu'à atteindre une valeur inférieure à un second niveau prédéterminé, un commutateur détectant la tension de la batterie lance un moteur à combustion interne pour entraîner la génératrice. L'énergie provenant de la génératrice permet d'alimenter le moteur de traction et de recharger simul tanément la batterie. L'énergie de charge qui est appliquée à la la batterie est égale à/différence existant entre l'énergie fixe provenant de la génératrice et l'énergie variable consommée par le moteur de traction. Lorsque le moteur à combustion interne est en marche, il fonctionne sous la charge constante de la génératrice. Ce moteur fonctionne également à vitesse constante.Ce fonctionnement à charge constante et à vitesse constante permet de concevoir et de régler ce moteur à combustion interne de manière à réduire à une valeur minimale la quantité des polluants d'échappement. Plus précisément, l'invention est matérialisée dans un système de propulsion pour véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur de traction, une batterie qui est connectée électriquement à ce moteur de traction, une génératrice dont la sortie est connectée au moteur de traction et à la batterie de manière à fournir de l'énergie au moteur de traction et à fournir un courant de charge à la batterie, un moteur primaire couplé à la génératrice, un dispositif destiné à maintenir la vitesse du moteur primaire à une valeur constante lorsque ce moteur primaire est en service, et un dispositif connecté à la sortie de la génératrice de manière à réguler la puissance de cette génératrice et à maintenir cette puissance à un niveau sensiblement constant. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple uniquement et en se référant aux dessins annexés donnés à titre non limitatif et dans lesquels : La fig. 1 est une représentation schématique sous forme de blocs du dispositif d'entraînement électrique hybride pour véhicule selon l'invention. La fig. 2 est une représentation graphique montrant la répartition de la puissance de la génératrice visible sur la fig. 1 pour différentes conditions de fonctionnement. La fig. 3 est une représentation graphique montrant la commande de l'angle d'amorçage qui est utilisée pour déterminer la régulation de la puissance provenant de la génératrice visible sur la fig. 1. La fig. 4 est une.représentation schématique détaillée du circuit du dispositif de commande de puissance qui est connecté à la sortie de la génératrice visible sur la fig. 1. Si l'on se réfère maintenant aux dessins et, plus particu lièrement à la fig. 1, cette dernière montre schématiquement sous forme de blocs le dispositif d'entraînement électrique hybride pour véhicule selon l'invention. Un moteur de traction 10 est connecté de manière à être alimenté à partir d'une batterie 12, et une génératrice 14 est couplée électriquement à la fois au moteur 10 et à la batterie 12. Lorsque la génératrice 14 fonctionne, elle fournit une puissance de sortie sensiblement constante au moteur 10 et à la batterie 12. Un moteur primaire 16, se présentant sous la forme d'un moteur à combustion interne classique, est accouplé mécaniquement à la génératrice 14 de manière à entraîner cette der nière d'une façon pouvant etre commandée.Pour autant que la génératrice 14 fournisse une puissance de sortie constante, il y a lieu de noter que le moteur primaire 16 fonctionne sous une charge sensiblement constante. Un régulateur de vitesse classique 17 commande la vitesse de fonctionnement du moteur primaire 16, de telle sorte que lorsqu'il est en marche ce moteur primaire fonctionne également à une vitesse sensiblement constante. Le régulateur 17 détecte la vitesse de sortie du moteur primaire de manière à fournir une commande en boucle fermée de cette vitesse. Un commutateur ou régulateur de tension 18 est connecté au moteur primaire 16 de manière à commuter ce dernier pour le mettre en service et hors service en réponse à la tension de la batterie 12. Le commutateur 18 peut se présenter sous diverses formes que les spécialistes de cette technique apprecieront et qui comprennent notamment un mode de réalisation particulièrement simple se présentant sous la forme d'un circuit de mise en marche commandé par un relais et destiné au moteur primaire 16. Le commutateur 18 contrôle la tension de la batterie 12 et fournit un signal de commande destiné à mettre le moteur primaire 16 en service et hors service en fonction de la tension de la batterie. Lorsque la tension de la batterie 12 présente une valeur supérieure à un premier niveau prédéterminé, le commutateur 18 permet d'empêcher le fonctionnement du moteur primaire 16.En outre, lorsque la tension de la batterie 12 présente une valeur inférieure à un second niveau plus faible et prédéterminé pendant une période de temps minimale (le temps minimal requis étant un facteur conceptuel initial qui est nécessaire pour éviter les mises en marche erronées ou parasites), le commutateur 18 fonctionne de manière à mettre le moteur primaire 16 en service. Un dispositif de commande manuel réglable classique 20 est relié à l'entrée du moteur de traction 10 de manière à permettre de commander manuellement le niveau de l'énergie appliquée à ce moteur 10. Au cours des intervalles de fonctionnement du moteur primaire 16, le dispositif de commande manuel 20 permet de déterminer la régulation de la puissance provenant de la génératrice 14 et appliquée au moteur 10 et le surplus de la puissance provenant de la génératrice 14 est appliqué à la batterie 12 sous la forme d'un courant de charge. Cette distribution d'énergie est représentée graphiquement sur la fig. 2, dans laquelle la puissance est représentée en ordonnée, différents cas types étant représentés en abscisse. La puissance à niveau sensiblement constant qui est fournie par la génératrice 14 est représentée par la droite 22. Lorsque le dispositif de commande manuel 20 est réglé de manière que des puissances faibles soient appliquées au moteur 10, l'énergie appliquée à la batterie 12 approche la valeur totale de la puissance disponible à la sortie de la génératrice 14. Les zones désignées par 24 sur le graphique représentent la puissance fournie au moteur de traction 10 pour différents réglages de consigne du dispositif de commande manuel 20.Les zones associées 26 représentent l'énergie restante qui est appliquée à la batterie 12 pour les réglages de commande respectifs du dispositif de commande manuel 20. Comme cela apparaît à 11 évidence en se référant au graphique, l'énergie ap pliquée au moteur de traction 20 varie en fonction du réglage du dispositif de commande manuel 20 et l'énergie appliquée à la batterie 12 est la différence existant entre l'énergie constante provenant de la génératrice 14 et l'énergie variable appliquée au moteur de traction 10. Lorsque la génératrice 14 fonctionne, une demande d'énergie soudaine provenant du moteur et déterminée par un écrasement ou un enfoncement brutal de l'accelerateur, peut provoquer momentanément une consommation correspondant à la puissance de sortie totale de la génératrice à laquelle s'ajoute une énergie provenant de la batterie, comme cela est représenté pour le dernier cas situé à droite de la fig. 2. Si l'on se réfère à nouveau à la représentation schémati- que sous forme de blocs qui est visible sur la fig. 1, celleci comprend un dispositif de commande de puissance 28 qui est connecté entre ia génératrice 14 et le dispositif de commande manuel 20 de manière à commander l'énergie fournie à ce dispositif de commande manuel 20 à partir de la génératrice 14. pour une tension donnée existant au niveau de la sortie du dispositif de commande de puissance 28, le courant est déterminé par la charge qui est présentée par la batterie 12 et par le réglage de consigne qui est déterminé par le dispositif de commande manuel 20 pour le moteur de traction 10. Par conséquent, l'énergie provenant de la génératrice 14 est facilement régulée en commandant la tension au niveau de la sortie du dispositif de commande 28 en fonction des techniques classiques de modulation par impulsions de largeur variable ou modulation d'impulsions en durée. Le dispositif de commande de puissance 28 permet de réaliser la commande de l'angle d'amorçage, comme cela est représenté sur le graphique qui est visible sur la fig. 3. Une sinusoide 30 à redressement double alternance est représentée sur la fig. 3 et présente un niveau de tension maximale E G Cette sinusoïde 30 est une représentation de la valeur de sortie redressée provenant de la génératrice 14. La tension nominale de la batterie 12 est représentée sur ce graphique comme ayant la valeur EB. I1 apparaît à l'évidence que la tension nominale de la batterie est sensiblement inférieure à la tension maximale provenant de la génératrice 14.La commande du niveau de la tension apparaissant à la sortie du dispositif de commande de puissance 28 est réalisée selon des principes bien connus en commandant l'angle de conduction X pour chaque demi-période de la forme d'onde 30. Le dispositif de commande de puissance 28 détermine la régulation de l'angle de conduction X de manière à maintenir l'é- nergie provenant de la génératrice 14 à un niveau sensiblement constant. Un détecteur d'énergie 32 contrôle la puissance qui est fournie par la génératrice 14. Un dispositif de comparaison 34 permet de comparer l'énergie réelle provenant de la génératrice 14 avec une énergie de référence provenant d'une source de puissance de référence 36. Ce dispositif de comparaison fournit un signal destiné à un dispositif de déclenchement 38 qui attaque un pont commandé 40. Les signaux de déclenchement provenant du dispositif de déclenchement 38 commandent l'angle de conduction X de manière à commander ainsi le niveau de la puissance de la génératrice 14.Si l'énergie provenant de cette génératrice augmente, les signaux de déclenchement sont retardés de telle sorte que l'angle de commande X est réduit de manière à réduire ainsi l'énergie provenant de la génératrice 14. Par contre, si l'énergie provenant de la génératrice 14 diminue, le dispositif de déclenchement 38 fonctionne de façon à déterminer l'avance de la synchronisation des signaux de déclenchement appliqués au pont commandé 40 de manière à augmenter ainsi l'angle de conduction X afin de déterminer une augmentation de la puissance provenant de la génératrice 14. Si l'on se réfère maintenant à la fig. 4, celle-ci est une représentation schématique détaillée du circuit correspondant au dispositif de commande de puissance 28. Des lignes 42 et 44 reçoivent la tension et le courant provenant de la génératrice 14. Un pont de diodes 46 permet d'obtenir un redressement deux alternances de la tension existant entre les lignes 42 et 44 et un diviseur de tension comprenant des résistances 48 et 50 permet d'obtenir un signal de commande qui est lié à la tension existant entre les lignes 42 et 44 de manière qu'il soit appliqué aux émetteurs de transistors 52 et 54. Un filtre du type RC comprenant une résistance 56 et un condensateur 58 fournit une tension de polarisation filtrée qui est respectivement appliquée, par l'intermédiaire de résistances 60 et 62, aux collecteurs des transistors 52 et 54.Une bobine 64 permet d'obtenir un signal proportionnel au courant circulant dans les lignes 42 et 44 afin de pouvoir l'appliquer à la base du transistor 54. La base du transistor 52 est-mise à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 66. Le circuit comprenant les transistors 52 et 54 fournit une tension de sortie qui est proportionnelle au produit de la tension et du courant associés aux lignes 42 et 44, la tension existant entre les collecteurs des transistors 52 et 54 étant proportionnelle à la puissance transférée sur les lignes 42 et 44 à partir de la génératrice 14. Le signal de puissance provenant des collecteurs des transistors 52 et 54 est amplifié et est intégré à l'aide d'un amplificateur opérationnel 68 et à l'aide des éléments qui lui sont associés à savoir des résistances 70 et 72 et des condensateurs 74 et 76. Cette puissance moyenne amplifiée est appliquée, par I'intermédiaire d'une résistance 77, à une entrée 78 d'un amplificateur opérationnel 80 auquel est associee une résistance de réaction 82, de telle sorte que la tension de sortie apparaissant sur une ligne 84 tend à atteindre un niveau permettant d'éliminer là différencie de tension existant-entre l'entrée 78 -et une autre entrée 86. Par conséquent, le signal de sortie provenant de l'amplificateur opérationnel 80 et apparaissant sur la ligne 84 est un signal présentant une polarité et une amplitude qui sont telles que la combinaison de ce signal avec le signal obtenu par l'intermédiaire de la résistance 77 à partir de l'amplificateur opérationnel 68 a une valeur égale à un signal de puissance de référence qui est appliqué à la borne d'entrée 86. Par conséquent, si la puissance-de référence existant au niveau de la borne d'entrée 86 présente une valeur superieure à celle de la puissance réelle existant au niveau de l'entrée 78, le signal apparaissant sur la ligne 84 présente une polarité positive et une amplitude proportionnelle à la différence existant entre la puissance de référence et la puissance réelle. D'autre part, si le signal existant au niveau de l'entrée 78 présente une valeur supérieure à celle du signal existant au niveau de l'entrée 86, le signal apparaissant au niveau de la ligne 84 présente une polarité négative et une amplitude proportionnelle à la différence existant entre la puissance de référence et la puissance réelle. L'entrée 86 reçoit un signal qui est lié au niveau de puissance constante désiré pour la génératrice 14. La tension filtrée provenant du filtre de type RC, qui comprend la résistance 56 et le condensateur 58, est appliquée à une diode Zener 88 par l'intermédiaire d'une résistance 90. Un potentiomètre ou une résistance à prise intermédiaire 92 constitue un diviseur de tension fournissant le signal de puissance de référence requis pour l'entrée 86 de l'amplificateur opérationnel 80. Un transistor à double base ou transistor unijonction 94 fournit des signaux de déclenchement destinés à des commutateurs ou redresseurs commandés 96 et 98 qui sont montés dans un pont commandé, désigné d'une façon générale par 100. Le montage de commutation qui peut être nécessaire pour les commutateurs 96 et 98 est bien connu des spécialistes de cette technique et il n'a donc pas été représenté plus en détail sur la figure. Des diodes 102 et 104 fonctionnent conjointement avec les commutateurs commandés 96 et 98 de manière à fournir la puissance de sortie apparaissant sur des lignes 106 et 108 pour être appliquée à la batterie 12 et au moteur de traction 10. 'La tension de polarisation est appliquée au transistor unijonction 94 par l'intermédiaire de résistances 110 et 112. La tension à redressement deux alternances provenant du pont 46 est connectee à l'émetteur du transistor unijonction 94 par l'intermédiaire d'une résistance 114.Cette tension redressée deux alternances est ajoutée à la tenson apparaissant sur la ligne 84 qui est appliquée à l'émetteur du transistor unijonction 94 par l'intermédiaire d'une résistance 116. Une augmentation de la tension apparaissant sur la ligne 84, qui est connectée par l'intermédiaire de la resistance 116, détermine une avance de l'instant de la demi-période respective pour lequel un signal d'amorçage est fourni par le transistor unijonction 94. Par conséquent, le signal apparaissant sur la ligne 84 permet de déterminer la régulation de l'angle X qui est visible sur la fig. 3 afin de réaliser ainsi la régulation de la puissance disponible sur les lignes 106 et 108. Bien que la description précédente ait été donnée en fonction d'un mode de réalisation particulier qui est préféré, il est évident que des modifications peuvent lui être apportées, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Système de propulsion pour véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur de traction, une batterie d'accumula teurs qui est connectée électriquement à ce moteur de traction, une génératrice dont la sortie est connectée au moteur de trac tion et à la batterie de manière à fournir de l'énergie au mo teur de traction et à fournir un courant de charge à la batterie, un moteur primaire couplé à la génératrice, un dispositif desti né à maintenir la vitesse du moteur primaire à une valeur cons tante lorsque ce moteur primaire est en service et un dispositif connecté à la sortie de la génératrice de manière à réguler la puissance fournie par cette génératrice et à maintenir cette puissance à un niveau sensiblement constant. 2.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commutation destiné à mettre le moteur primaire en service et hors service. 3.- Système suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de commutation contrôle la tension appliquée à la batterie et détermine la mise en service et hors service du moteur primaire en fonction de cette dernière. 4.- Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commande manuel réglable permettant de déterminer la régulation de la puissance appliquée au moteur de traction. 5.- Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif permettant de déterminer la régulation de la puissance de la génératrice comprend des dispositifs de commutation commandés faisant partie d'un pont qui est connecté à la sortie de la génératrice, un SilEpqsitif destiné à détecter la puissance provenant de la ér > atrice, un dispositif destiné à fournir un signal de puissance de référence, un dispositif destiné à comparer ce signal de puissance de référence avec la puissance détectée provenant de la génératrice et un dispositif commandé par le dispositif destiné à effectuer la comparaison afin de commander la commutation des dispositifs de commutation commandés faisant partie du pont. 6.- Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur primaire est un moteur à combustion interne. 7.- Système suivant l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce que le moteur de traction est ali menté en énergie à partir de la batterie lorsque le moteur à combustion interne est hors service, ce moteur de traction étant alimenté en énergie à partir de la génératrice lorsque le moteur -a combustion interne est en service. 8.- Système de propulsion pour véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur de traction électrique, une batterie d'accumulateurs connectée électriquement au moteur de traction, une génératrice, un moteur primaire connecté mécaniquement à la génératrice, un dispositif destiné à commander l'état de. fonctionnement du moteur primaire en fonction de l'état de la charge de la batterie, un dispositif destiné à maintenir la vitesse du moteur primaire à -un niveau constant lorsque ce moteur primaire est à l'état actif, et un dispositif de commande de puissance destiné à recevoir l'énergie électrique de sortie provenant de la génératrice et à la fournir à la batterie ainsi qu'au moteur de traction, ce dispositif de commande de puissance fonctionnant de manière à maintenir la puissance fournie par la génératrice à la batterie et au moteur primaire à une valeur constante au moment ou la génératrice fonctionne.