Brevet FR2691022A1 — publié le 19931112

L'invention concerne un procédé d'alimentation alternée d'un moteur électrique, par exemple d'un véhicule électrique autonome, à partir de batteries disposées-en groupes. Un véhicule électrique classique comprend une source de courant, soit fixe transmettant le courant au véhicule par l'intermédiaire d'un réseau avec lequel le véhicule doit rester en contact (par exemple les trolleybus), soit plus généralement mobile, sous forme de batteries embarquées sur le véhicule. Ces batteries alimentent un ou plusieurs moteurs électriques produisant l'énergie mécanique nécessaire au mouvement mécanique d'avance du véhicule. Le problème non encore résolu actuellement, s'opposant à une utilisation généralisée des véhicules électriques, concerne leur faible autonomie de déplacement dans les conditions normales de circulatlon. En effet, les batteries embarquées ne permettent pas de dépasser quelques heures d'autonomie, voire une heure de fonctionnement satisfaisant, même en utilisation urbaine. Cette durée s'avère notablement insuffisante dans bien des cas d'utilisation privée ou d'exploitation commerciale. Le temps de recharge est long et la durée de vie actuelle des batteries se montre trop réduite pour en amortir convenablement le coût. L'encombrement des batteries étant important, une augmentation de la quantité ou du nombre des batteries embarquées réduit le volume disponible utile de l'habitacle. Simultanément, le poids supplémentaire embarqué diminue les performances du véhicule, ce qui conduit à un surcroît de consommation de courant et par conséquent à une autonomie plus faible pour un même véhicule. De plus, le temps de recharge est allongé. On a pensé augmenter l'autonomie en profitant des décélérations et des descentes pour recharger les batteries en convertissant l'énergie cinétique normalement absorbée par le freinage ou l'effet de frein du moteur thermique. On a constaté que la récupération d'énergie provenant des décélérations ne conduit pas à des résultats quantitativement intéressants, et que d'autre part, celle provenant des descentes ne parvient pas à compenser l'énergie consommée par la montée qui souvent la précède. Par ailleurs, cette récupération ne peut exister que sur des durées brèves et aléatoires, et s'adapte mal aux conditions générales habituelles urbaines et rurales d'utilisation d'un véhicule. Ainsi, elle ne constitue pas systématiquement une garantie d'autonomie plus importante. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients par un procédé d'alimentation électrique mettant en oeuvre une alternance cadencée de décharges entre au moins deux sources de courant. Un autre but de l'invention est d'augmenter encore l'autonomie en procédant à une alimentation par une alternance cadencée de charges et de décharges entre au moins deux sources de courant. Ainsi, l'invention permet une augmentation significative de l'autonomie d'un véhicule pour la même quantité totale de batteries embarquées. L'utilisation alternée de deux groupes de batteries permet de se situer en permanence à l'optimum des courbes de décharge. Elle permet également de régulariser les conditions d'utilisation de chaque groupe de batteries. Le procédé de recharge alternée améliore l'efficacité, le courant de recharge étant transmis à un groupe de batteries inactivé. Par ailleurs les~~~b tteries~ fonctionnent mieux au moment de la décharge car elles viennent juste de subir une phase de recharge. Le procédé est particulièrement adapté à l'alimentation des moteurs électriques des véhicules routiers, mais convient également à l'alimentation de tout moteur électrique. Les caractéristiques techniques et d'autres avantages de l'invention sont consignés dans la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode d'exécution en référence aux dessins accompagnants dans lesquels les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques d'un dispositif d'alimentation alternée d'un moteur électrique selon l'invention, respectivement sans et avec circuit de recharge la figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif selon l'invention appliqué à un moteur alternateur de véhicule électrique les figures 4 et 5 sont des représentations d'exemples de courbes de décharge par le procédé, respectivement sans et avec recharge alternée des batteries. L'idée générale inventive consiste à alimenter un moteur électrique à partir d'un nombre quelconque de groupes de batteries utilisés alternativement suivant des périodes variables ou réglables. Au moins un des groupes peut être rechargé pendant qu'au moins un des autres est utilisé. Selon la variante préférée, le nombre de groupes de batteries est pair et au moins égal à deux et l'un des groupes est rechargé pendant que le second est utilisé. On considère un moteur électrique 1, par exemple un moteur d'entraînement d'une roue de véhicule, alimenté par un ensemble de batteries formé d'un nombre pair de groupes d'un même nombre de batteries. On décrira l'invention en prenant comme exemple non limitatif deux groupes d'alimentation 2 et 3. Le partage de ces batteries d'alimentation en deux groupes 2 et 3 peut être physique, par exemple, en deux matelas A et B superposés, disposés côte à côte ou séparés, ou bien uniquement électrique, par le jeu des connexions du réseau. Le premier groupe 2 et le deuxième groupe 3 sont reliés électriquement à un interrupteur trois voies commandé électroniquement ou à un cadenceur 4, lui-même relié au moteur par un circuit 5. Un tel montage est représenté schématiquement sur la figure 1. Dans une version élémentaire, on peut envisager que la connexion alternative des deux groupes de batteries peut être effectuée par l'intermédiaire d'un interrupteur double 6 va-et-vient, actionné par 1 'opérateur, qui ouvrira le premier circuit en fermant simultanément le deuxième circuit, et vice-versa. Dans la pratique, le cadenceur 4 est constitué par un automate par exemple électronique, à période fixe mais de préférence réglable, agissant à partir des valeurs routières telles que: allure, pente, demande de puissance..., ainsi qu'en fonction de paramètres d'utilisation du moteur (couple, vitesse) ou de l'état des batteries (charge totale, différence de potentiel entre les deux groupes de batteries). On décrit ci-après la mise en oeuvre du procédé dans le cas d'un cadenceur 4 réglé sur des périodes de durée constante, en référence à la figure 4 présentant un exemple de courbes de décharge 7 et 8 de chacun des deux matelas de batteries. Au début du fonctionnement, les deux groupes de batteries sont chargés et ont la même tension de sortie maximale VM aux disparités constructives près. Le cadenceur 4 relie le moteur au~premier groupe 2 de batteries pour une première décharge élémentaire 8V1. Après un temps T1 correspondant à la première demi-période d'alternance du cadenceur, celui-ci relie le moteur au deuxième groupe 3 de batteries. Le premier groupe de batteries est alors au repos, après avoir subi la première décharge élémentaire 8V1. Pendant la deuxième demi-période suivante jusqu'à un temps T2, le deuxième groupe 3 de batteries subit une décharge élémentaire équivalente 8V2. A la fin de cette deuxième demi-période, le cadenceur 4 relie à nouveau le moteur au premier groupe de batteries, et le cycle recommence. Cette alternance de décharges élémentaires à partir de l'un et l'autre groupe se poursuit jusqu'à un temps Tm où la tension du premier des deux groupes de batteries atteint une valeur minimale Vm jugée en limite d'autonomie, puis Tf où la tension du deuxième groupe de batteries atteint également la valeur limite inférieure Vm Bien entendu, le cadenceur peut agir en fonction d'autres paramètres, par exemple la différence entre les tensions de sortie aux bornes de chacun des deux groupes de batteries. Selon une variante préférée de l'invention, on procède à une recharge de chaque groupe de batteries pendant la durée élémentaire de non utilisation de l'autre groupe. L'énergie électrique peut être fournie aux batteries à partir d'un 'chargeur extérieur, ou engendrée par la rotation de l'arbre du moteur entraînant un alternateur. Par exemple, dans le montage représenté par le schéma de la figure 2, deux groupes de batteries 9 et 10, disposés selon deux matelas A et B, alimentent un moteur 11, selon le procédé de l'invention. Le moteur est accouplé à un générateur 12. Il s'agit, par exemple, d'un alternateur disposé en ligne à côté du moteur, entraîné par le même arbre 13. Un alternateur coaxial intégré au moteur constitue une variante intéressante (figure 3). Selon cette variante à décharge/recharge, le cadenceur est un cadenceur double d'alimentation 14 et de recharge 15 de façon à commander, d'une part l'alternance d'alimentation du moteur, et d'autre part l'alternance des durées de charge/décharge. Le cadenceur d'alimentation et le cadenceur de recharge sont couplés et gérés simultanément, de façon que chaque groupe de batteries soit alternativement utilisé en décharge et rechargé selon divers modes. On peut citer à titre d'exemple le mode correspondant aux conditions de route et de roulage et le mode selon lequel la commutation s'effectue lorsque la tension différentielle entre les deux groupes est égale à un seuil prédéterminé ou les deux modes simultanément. Selon une réalisation simple, telle qu'elle est représentée sur la figure 2, la fonction des deux cadenceurs peut être effectuée par un double-cadenceur constitué, par exemple, de deux interrupteurs 16 et 17 va-et-vient couplés ou un équivalent électronique. Ainsi, dans les positions droites des interrupteurs représentées en trait plein, le groupe A de batteries alimente le moteur (décharge), et le générateur est relié simultanément au groupe B de batteries (recharge). Dans les positions gauches inverses respectivement 18 et 19 représentées en trait interrompu, le groupe B alimente le moteur tandis que le générateur recharge le groupe A Dans le montage de la figure 3 représentant une variante de réalisation dans le cas d'un moteur d'entraînement d'une roue de véhicule, le courant provenant de chacun de deux matelas 20 et 21 de batteries est transmis par l'intermédiaire d'un doublecadenceur 22 à un moteur-alternateur 23 d'entraînement en rotation d'une roue 24 et de recharge du matelas de batteries inactivé. Chaque matelas de batteries est ainsi utilisé alternativement , soit en décharge, soit en recharge, par l'intermédiaire du même circuit. La recharge, c'est-à-dire la connexion de l'alternateur sur un des groupes de batteries se fera préférentiellement pendant les temps de décélération ou de freinage du véhicule, ou pendant les descentes, quand l'arbre du moteur est entraîné par une force extérieure. On peut aussi prévoir une recharge continue d'un groupe de batteries, pendant que l'autre alimente le moteur, par exemple lorsque le véhicule a atteint sa vitesse de croisière. La cadence d'inversion peut être courte (quelques secondes à quelques minutes), plus longue (une demi-heure), ou encore variable, de façon à utiliser à leur meilleur point de rendement les batteries, ainsi que l'ensemble moteur-générateur. Selon une autre variante, on ne recharge un groupe de batteries non utilisé pour le moteur que lorsque celui-ci est en rotation libre ou à vitesse constante c'est à dire lorsqu'il ne fournit qu'une plus faible énergie. La figure 5 montre des courbes de décharge 25 et 26 des groupes de batteries entre une tension maximale de départ VM et une tension limite inférieure Vm analogues à celles de la figure 4 (alternance suivant une période fixe à T1, T2, etc), mais avec mise en oeuvre d'une recharge alternée selon l'invention. On peut constater que les courbes sont ainsi "rehaussées" par les recharges élémentaire 8R1, 8R2, etc., ce qui conduit à un allongement de l'autonomie d'utilisation. On constate que les temps de dernière alternance T n et de fin d'autonomie Tg sont supérieurs à leurs analogues sans recharge. On a rendu apparent sur la figure 5 ce gain d'autonomie en représentant l'allure de la courbe lissée de décharge des batteries selon le procédé de l'invention sans recharge 27 (pointillés longs sur les figures 4 et 5) au-dessous de la courbe lissée analogue 28 de décharge des batteries, mais avec recharge alternée selon l'invention (en pointillés fins et serrés). Bien entendu, le procédé qui a été décrit pour deux groupes de batteries peut etre généralisé pour un nombre plus élevé, par exemple pair de groupes de batteries. Il est également entendu qu'au-delà des moyens décrits, diverses modifications évidentes et variantes simples entrent dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'alimentation d'un moteur électrique en courant continu à partir d'une pluralité de batteries, caractérisé en ce que l'on partage les batteries en un nombre quelconque de groupes comprenant un même nombre de batteries fournissant chacun une meme tension continue d'alimentation au moteur et en ce que l'on connecte alternativement le moteur électrique à l'un puis à l'autre de chacun des groupes pendant des durées périodiques identiques variables ou réglables par un cadenceur en fonction des conditions de roulage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on recharge un groupe alors que le moteur décharge un autre groupe, pendant les durées périodiques-identiques variables ou réglables. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on recharge un groupe par une énergie électrique produite à partir de la rotation de l'arbre du moteur. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on recharge un groupe par l'énergie électrique produite à partir d'une énergie extérieure. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on ne recharge le groupe de batteries non utilisé pour le moteur que lorsque l'arbre du moteur est entraîné par une force extérieure autre que celle du moteur. 6. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'on ne recharge le groupe de batteries non utilisé pour le moteur que lorsque celui-ci est en rotation libre ou à vitesse constante, c'est-à-dire ne fournit qu'une plus faible énergie. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la commutation charge/décharge entre les groupes s'effectue en fonction des conditions de la route et du roulage. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la commutation charge/décharge entre les groupes s'effectue lorsque la tension différentielle est égale à un seuil prédéterminé. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de groupes de batteries est un nombre pair. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le nombre de groupes de batteries est égal à deux.