Brevet FR2694729A1 — publié le 19940218

Procédé de conception des véhicules électriques autonomes L'utilisation des véhicules individuels ou collectifs à traction électrique est intéressante par son action d'amélioration sur les pollutions chimiques, phoniques et thermiques engendrées par les moteurs thermiques classiques utilisés à grande échelle; Ceux-ci se 'comptant par dizaines de millions en France aujourd'hui. Le procédé relatif à l'invention, dans le cadre de la substitution du moteur thermique des véhicules automobiles par un ou plusieurs moteurs électriques alimentés par une source d'énergie embarquée dans l'ensemble de laquelle peut se trouver des piles ou batteries rechargeables, consiste à permettre une recharge contrôlée et adaptable des ces piles ou batteries sur toute prise de courant basse-tension alternative classique et proche du lieu d'arrêt du véhicule, sans pour autant alourdir la masse roulante de manière significative. Aujourd'hui, les recharges des batteries des véhicules autonomes à moteurs électriques nécessitent l'immobilisastion du véhicule auprès d'une station ou d'une borne de recharge spécialement équipée comprenant généralement un transformateur d'autant plus pesant que la puissance de charge appelée est plus élevée. L'invention consiste à utiliser pour le circuit de charge, des éléments légers et bon marché pouvant être à demeure sur le véhicule, lequel peut alors recharger ses batteries là où il se trouve, à partir d'une prise électrique basse-tension classique d'appartement ou de maison sans devoir utiliser un dispositif de transformation de tension pesant comme un transformateur de puissance et des redresseurs avec leurs accessoires adaptés ou un dispositif compliqué comprenant un ou plusieurs hacheurs, redresseurs ou dispositifs de lissage des tensions. Moyennant ce procédé, l'utilisation de tout véhicule à moteur thermique existant ayant été transformé en véhicule à moteurs électriques comprenant une source d'énergie embarquée est facilitée. Certains véhicules de faible masse et de faible encombrement peuvent d'ailleurs être transformés, à la faveur de ce changement de motorisation, en véhicule ne nécessitant pas le permis de conduire en France. c'est le cas notamment des Fiat 500 produites par la Firme Fiat de 1957 à 1974 inclus. La figure 1 montre le principe du dispositif de charge à partir d'une prise électrique basse-tension monophasée femelle banales14 pouvant comporter ou non un conducteur de terre de protection.(2 est la prise mâle correspondante. est fixe, attenant à une borne ou à un bâtiment et (2) est. embarquée avec tout le reste du circuit décrit ci-dessous. (3) est un interrupteur ou un disjoncteur différentiel d'un calibre de protection interdisant toute électrocution humaine quel que soit l'éventuel défaut électrique aval conformément aux normes en vigueur. Dans le cas où la prise mâle(2)comporte un conducteur de terre, celui-ci sera relié à la masse métallique du véhicule et à tout conducteur accessible sans démontage par les animaux et les humains environnants. Dans ce cas, l'interrupteur ou le disjoncteur différentiel (3) n'est pas nécessaire, le disjoncteur de branchement de l'abonné ou le disjoncteur de sortie de la machine électrique de production est alors tout-à-fait apte à assurer la protection des personnnes et des animaux par son dispositif de declenchement différentiel. (44 est une impédance de limitation de courant adaptée, éventuellement adaptable, éventuellement variable en fonction de l'état de charge de la batterie(64 ou de l'allure de charge requise. L'impédance(4)peut être une résistance, une inductance ou une capacitance ou toute combinaison acceptable de ces éléments. L'inductance ou la resistance permettent des courants de charge élevés. Dans le cas d'utilisation d'une capacitance, il devient intéressant de la placer entre le pont de diodes 5 et la batterie 6 car alors, des condensateurs polarisés bon marché, de faible masse et de forte capacité peuvent être utilisés. On utilisera la capacitance esssentiellement pour obtenir des courants de maintien en charge de la batterie car les courants délivrés sont faibles. Ce principe de circuit de charge des batteries embarquées peut évidemment être utilisé en lieu et place de tous les dispositifs de charge de batteries ou dispositifs de stockage d'énergie électrique sous forme chimique rechargeable, indépendamment de l'embarquement dans tout véhicule. (5)est un pont de diodes classique qui charge la batterie(6 L'ensemble de ce circuit, batterie comprise, ainsi que le circuit7) d'alimentation des moteurs avec tous les organes de contrôle commande connus utilisables et les moteurs eux-mêmes peuvent être à double isolation par rapport aux masses métalliques et aux conducteurs non connectés à ce circuit. L'ensemble du circuit de charge, des batteries d'alimentation des moteurs et des moteurs eux-mêmes est ainsi à un potentiel flottant par rapport aux masses métalliques accessibles. Ainsi, un incident ou un accident court-circuitant la double isolation alors que le véhicule n'est pas en charge fixera le potentiel du circuit par rapport à la masse conductrice du véhicule. Le même incident, alors que le véhicule est en charge, fera déclencher l'interrupteur ou le disjoncteur différentiel (3) dès que le courant de fuite excédera son seuil ou fera déclencher le disjoncteur différentiel de protection de la prise femelle ( dans le cas où un conducteur de terre existe. La figure 2 montre le dispositif de protection qui coupera le circuit en cas de court-circuit si nécessaire. (8)peut être un fusible ou un disjoncteur de protection de calibre adapté. En cas de court-circuit en période de charge des batteries, le dispositif de protection de la prise femelle( 1) assurera la protection. On peut cependant utiliser une protection de courtcircuit embarquée complémentaire située -entre(2) et(4) sur le circuit figure 1. Un circuit classique de lissage évitant les à-coups de courant constitué d'une inductance en série ou d'une capacitance en parallèle ou des deux éléments combinés peut être installé entre le pont redressseur( 5) et la batterie(6)si besoin est. L'interruption du circuit de charge lorsque les batteries sont correctement chargées peut se faire - par un dispositif électronique connu de type "ballast" comparant la tension de la batterie à une tension de réference. Dans ces conditions, l'impédance (4) sera incluse dans le dispositif de commande du "ballast", - par un dispositif d'interruption horaire programmable, - par l'utilisation d'une impédance variable dans le temps en fonction de la charge électrique l'ayant traversée ou du temps lui-même, c'est le cas d'une impédance electrolytique se manipulant comme une sablière par exemple. L'utilisateur pourra opter entre plusieurs régimes de charge à l'aide d'un commutateur, le passage sur le régime de charge d'entretien à l'aide d'une capacitance pouvant être automatique dans le cas du dispositif de charge électronique ou programmable ou manuel. Un fil conducteur embarqué de longueur appropriée enroulé sur un dévidoir permettra l'embrochage de(2}sur(1)dans un rayon choisi autour du point de stationnement du véhicule. Dès lors que le procédé de recharge de la batterie s'effectue de manière simple via n'importe quelle prise de courant standard basse-tension 6,10,16,20,32 ampères ou au-delà, la modification des véhicules individuels ou collectifs à moteurs thermiques en véhicules à moteurs électriques devient attractive car la recharge des batteries peut se faire partout sur terre. La modification consiste à - Oter la bote de vitesses, l'embrayage, le moteur et tous ses accessoires non indispensables à la conduite, - Transformer les arbres de sortie des roues motrices en y plaçant un ou plusieurs moteurs électriques comme ceux utilisés en grande série avec les rapports de réduction de vitesse de rotation appropriés. Ces moteurs peuvent être, par exemple, de type asynchrone alimentés par un hacheur réglable permettant d'adapter le couple à tous les régimes ou des moteurs à collecteur de type courant continu série ou Compound ou Shunt ou universel. Le différentiel et la boîte de vitesse peuvent éventuellement être conservés. Les moteurs électriques seront alors accouplés à l'arbre primaire. Adopter une tension de batterie de l'ordre de 100 à 300 V permet d'utiliser des moteurs existants conçus pour être utilisés en 230V monophasé ou en 380 V triphasé. De plus, lors de la recharge, la perte d'énergie dans l'impédance(4), si celleci a été choisie sous forme d'une résistance, devient d'autant plus faible que la tension de la batterie est plus proche de la tension crête du réseau débitant par la prise d'alimentation(4, tout en restant inférieure à celle-ci. En particulier, cette transformation peut s'appliquer aux véhicules de type cyclomoteur à deux, trois ou quatre roues pouvant être conduits sans permis. A ce titre, les véhicules "Fiat 500" tels qu'ils ont été produits par le constructeur Fiat entre les années 1957 et 1974 et leurs dérivés peuvent, moyennant une légère réduction de leur surface au sol et l'adjonction de moteurs électriques, tels que décrits ci-dessus, d'une puissance mécanique totale inférieure à 4 KW, devenir des véhicules électriques peu polluants pouvant être conduits sans permis. Dans le cas de moteurs à collecteur, un contacteur permettant d'inverser le flux dans les inducteurs permet d'opter entre la marche avant et la marche arrière ; un autre contacteur, par mise en série des 2, 3 ou 4 moteurs, permet un démarrage progressif et le choix entre 2, 3 ou 4 vitesses de croisière differentes selon le besoin. Un hacheur associé à un dispositif de lissage Rà un pont redresseur peut permettre également de recharger des batteries ou piles rechargeables sans l'aide d'un transformateur pesant et encombrant. C'est une solution intéressante mais plus coûteuse compte tenu des puissances en jeu dans le cas de recharge rapide. Enfin, ce dispositif peut également être utilisé sur tout véhicule neuf ayant été motorisé sous forme électrique. REVENDICATIONS - 1 - Procédé de conception de véhicules électriques autonomes caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de charge des batteries d'accumulateurs électriques ne nécessitant pas de transformateur et ayant, de ce fait, une masse et un encombrement réduits permettant son embarquement à bord des véhicules autonomes au même titre que les batteries. Ce circuit est constitué d'une prise basse-tension standard mâle (2) qui se branche sur la prise fixe femelle d'alimentation (1). Il peut comporter un dispositif de protection différentielle (3). Il comprend une impédance de limitation de courant de charge (4) adaptée aux différents régimes de charge choisis. Le pont redresseur (5) peut comprendre un dispositif de lissage du courant. - 2 - Procédé de conception de véhicules électriques autonomes selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de circuit de charge comprend un condensateur placé entre le pont (5) et la batterie (6) permettant le maintien en charge de la batterie (6). - 3 - Procédé de conception de véhicules électriques selon les revendications (1) et (2) caractérisé en ce qu'il s'applique à la transformation des véhicules à moteur thermique existants en véhicules à moteurs électriques alimentés par des batteries pouvant être rechargées par les dispositifs objet des revendications 1 et 2. - 4 - Procédé de conception de véhicules électriques selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comprend l'utilisation de batteries d'accumulateurs d'une tension électrique de l'ordre de 100 à 300V permettant, par exemple, de transmettre des puissances électriques aux moteurs de plusieurs dizaines de kilowatts et permettant la recharge via le circuit de charge objet de la revendication 1 induisant une faible perte dans la composante résistive de l'impédance (4). - 5 - Procédé de conception de véhicules électriques selon les revendications 1,2,3 ou 4 caractérisé en ce qu'ils s'applique à la conception ou à la transformation des cyclomoteurs. - 6 - Procédé de conception de véhicules électriques selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il s'applique à la transformation en cyclomoteurs électriques des véhicules Fiat 500 commercialisés entre 1957 et 1974 par le constructeur Fiat moyennant l'utilisation de moteurs électriques d'une puissance mécanique totale n'excédant pas 4 kw par véhicule.