Brevet FR2701435A1 — publié le 19940819

VEHICULE AUTOMOBILE A TRACTION ELECTRIOUE COMPRENANT UN DISPOSITIF DE RECUPERATION D'ENERGIE L'invention concerne un véhicule à traction électrique comprenant un dispositif de récupération d'énergie et plus particulièrement un tel véhicule comprenant un dispositif de récupération de l'énergie produite lors du freinage électrique du véhicule. On connaît déjà des véhicules automobiles à traction électrique tels que le véhicule décrit dans le document DE 40 11 291 Ce type de véhicule comprend au moins une roue motrice, des moyens de freinage mécanique de ladite roue, au moins un moteur électrique couplé mécaniquement à ladite roue motrice, un accumulateur d'énergie électrique rechargeable et des moyens de gestion et de transfert d'énergie couplés à l'accumulateur et au moteur électrique, comportant des moyens de freinage électrique permettant de faire fonctionner ledit moteur électrique en mode génératrice. Certains de ces véhicules comprennent un système de freinage mixte dans lequel le freinage est réalisé, d'une part, électriquement en faisant fonctionner le moteur électrique en mode génératrice ce qui permet en outre de recharger l'accumulateur, et d'autre part, mécaniquement de façon classique, par exemple, à l'aide de disques. Toutefois, on s'est aperçu que l'intensité du courant ainsi produit par le moteur électrique lors du freinage électrique atteignait facilement des valeurs élevées, de l'ordre de quelques centaines d'ampères, qui dépassait de loin les courants de charge que l'accumulateur peut absorber, l'intensité du courant de charge maximum étant généralement de l'ordre de quelques dixièmes de l'intensité que l'accumulateur peut débiter en une heure pour la plupart des accumulateurs couramment utilisés dans ces applications. Par conséquent, dans le cas o l'accumulateur est faiblement chargé, l'énergie électrique produite lors du freinage électrique conduit à une charge non appropriée de l'accumulateur pouvant détériorer ce dernier et réduire de façon importante sa durée de vie escomptée. D'autre part, lorsque l'accumulateur est proche de sa charge maximum, l'1 énergie électrique produite lors du freinage électrique surcharge l'accumulateur ce qui conduit à une situation dans laquelle la tension aux bornes de l' accumulateur devient sensiblement égale à celle délivrée par le circuit de charge ou en d'autres ternes à une limitation voire une suppression de circulation de courant dans l'accumulateur et par conséquent à grande réduction voire une annulation de l'effet de freinage électrique désiré. une solution consiste à prévoir un circuit qui limite l'intensité du courant produit par le moteur électrique fonctionnant en mode génératrice Toutefois une telle limitation diminue considérablement l'efficacité du freinage électrique de sorte que ce type de freinage perd une grande partie de son intérêt. on connaît également des véhicules automobiles à traction hybride comprenant la combinaison d'une traction électrique et d'une traction classique à combustion interne tel que celui décrit dans le document US 4 '306 '156 et pour lequel les même types de problèmes se posent. L'invention a donc pour but principal de remédier aux inconvénients de l'art antérieur susmentionné en fournissant notamment un véhicule automobile à traction électrique comprenant un système de freinage mixte et dans lequel l'énergie électrique produite lors du freinage électrique n'endommage pas, pour le moins, l'accumulateur et peut, le cas échéant, être utilisée de façon avantageuse, par exemple pour la charge de l'accumulateur. A cet effet l'invention a pour objet un véhicule automobile à traction électrique comprenant au moins une roue motrice, des moyens de freinage mécanique de ladite roue, au moins un moteur électrique couplé mécaniquement à ladite roue motrice, un accumulateur d'énergie électrique rechargeable et des moyens de gestion et de transfert d'énergie couplés à l'accumulateur et au moteur électrique, comportant des moyens de freinage électrique permettant de faire fonctionner ledit moteur électrique en mode génératrice caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de dissipation de l'énergie électrique produite au cours du freinage électrique et en ce que lesdits moyens de dissipation comprennent un circuit de refroidissement à circulation de fluide et une résistance de dissipation coopérant au moins indirectement avec ledit circuit de refroidissement. Grâce à ces caractéristiques, l'énergie électrique provenant du freinage non utilisée est dissipée de façon très simple et économique, c'est à dire à l'aide d'une simple résistance qui est mise en place en contact thermique étroit avec une conduite du circuit de refroidissement et cela sans transformation coûteuse du véhicule Ce véhicule présente ainsi l'avantage de pouvoir utiliser le freinage électrique dans les meilleures conditions d'efficacité sans risquer d'endommager l'accumulateur puisque l'énergie électrique en surplus provenant du freinage électrique est facilement dissipée par le circuit de refroidissement. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le circuit de refroidissement comprend un premier échangeur de chaleur avec l'extérieur du véhicule et une première pompe reliés ensemble par des conduites,ladite résistance étant disposée en contact thermique étroit avec une desdites conduites. Ainsi, il est possible, même dans les conditions de fonctionnement du véhicule conduisant à porter la résistance à des températures élevées, de pouvoir dissiper rapidement et efficacement l'énergie thermique produite par la résistance. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le véhicule à traction électrique comprend, en outre, un moteur à combustible, un générateur d' énergie électrique relié au moins indirectement audit moteur à combustible pour recharger ledit accumulateur et un circuit de refroidissement du moteur à combustible est caractérisé en ce que le circuit de refroidissement formant une partie des moyens de dissipation est formé par le circuit de refroidissement du moteur à combustible. L'invention trouve ainsi une application particulièrement avantageuse aux véhicules à traction hybride électrique et à moteur à combustible car il est, dans ce cas, très simple et économique d'utiliser le circuit de refroidissement du moteur à combustible déjà en place, et cela avec très peu d'adaptations. Selon une caractéristique avantageuse du mode de réalisation préféré de l'invention, le circuit de refroidissement comprend en outre une conduite de dérivation branchée en parallèle sur le premier échangeur de chaleur et un deuxième échangeur de chaleur avec l'intérieur du véhicule branché entre la résistance de dissipation et ladite conduite de dérivation. Ainsi, dans des conditions de circulation urbaine en traction purement électrique et lorsque le chauffage de l'habitacle est enclenché, ce mode de réalisation permet d'augmenter considérablement l'autonomie du véhicule puisque la consommation électrique d'un dispositif de chauffage peut facilement atteindre des valeurs voisines de celles de la consommation du moteur électrique de traction. Selon une caractéristique avantageuse du mode de réalisation préféré de l'invention, le circuit de refroidissement comprend une deuxième pompe reliée mécaniquement au moteur à combustible. Aussi, la première pompe, indépendante du fonctionnement du moteur à combustible, peut faire circuler le fluide de refroidissement dans le système de refroidissement indépendamment de la marche du moteur à combustible ce qui permet, sans utilisation de composants supplémentaires, de préchauffer le moteur combustible lorsque le véhicule est immobilisé pour recharger l'accumulateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre purement illustratif et non limitatif, cette description étant faite en liaison avec le dessin dans lequel: la figure 1 est un schéma-bloc représentant un premier mode de réalisation d'un véhicule selon l'invention; et la figure 2 est un schéma-bloc représentant un deuxième mode de réalisation d'un véhicule selon l'invention. Le véhicule schématisé à la figure 1, dans laquelle il est désigné par la référence 1, comporte un moteur électrique 2, par exemple un moteur asynchrone, dont le rotor (non représenté) est relié mécaniquement à une roue motrice du véhicule 4 Dans cette figure, le moteur 2 et la roue 4 sont séparés, leur liaison mécanique étant symbolisée par un double trait Bien entendu, ce moteur et cette roue peuvent être accolés l'un à l'autre ou peuvent25 être reliés par l'intermédiaire d'un arbre de transmission et/ou d'un train d'engrenages. Le véhicule comprend également un accumulateur d'énergie électrique rechargeable 6, qui est relié au stator du moteur électrique 2, non représenté séparément, par l'intermédiaire d'un circuit de gestion et de transfert d'énergie 8 qui est notamment agencé pour fournir l'énergie nécessaire au fonctionnement du moteur 2 sous la forme d'une tension et d'un courant alternatif à partir de l'énergie électrique qu'il reçoit de l'accumulateur 6, ou d'un circuit qui sera décrit ci- après. Le véhicule comporte en outre un circuit de commande de freinage 10 qui, en réponse à l'actionnement d'une pédale de commande 12 par l'utilisateur, agit, d'une, part sur des moyens de freinage mécanique 14, par exemple un dispositif de freinage à disques, et d'autre part sur des moyens de freinage électrique permettant de faire fonctionner le moteur électrique 2 en mode génératrice via le circuit de gestion et de transfert d'énergie 8. Le véhicule comprend en outre selon l'invention des moyens de dissipation 16 de l'énergie électrique produite au cours du freinage électrique comprenant un circuit de refroidissement à circulation de fluide 18 et une résistance de dissipation 20 coopérant au moins indirectement avec ledit circuit de refroidissement. Le circuit de refroidissement 18 comprend un échangeur de chaleur 22 avec l'extérieur du véhicule et une pompe reliés entre eux au moyens de conduites 26. Dans l'exemple décrit, la résistance de dissipation disposée en contact thermique avec une partie 28 d'une des conduites 26 du circuit de refroidissement 18 De préférence la résistance 20 est enroulée autour de la partie 28 par exemple dans une gorge hélicoïdale ménagée à cet effet à l'extérieur de la partie de la conduite en question Pour obtenir un échange thermique efficace entre la résidence 20 et le fluide de refroidissement, la partie 28 en contact direct avec la résistance 20 est réalisée en matériau présentant des propriétés de conductivité thermique élevée tel que l'aluminium ou analogue La résistance 20 sera par exemple une résistance du type DIN 17470. L'échangeur 22 est un radiateur classique qui est disposé de préférence dans la partie avant du véhicule et qui coopère avec l'air ambiant pour évacuer la chaleur accumulée par le fluide de refroidissement Quant à la35 pompe 24, elle est actionnée en réponse à un signal de commande provenant des moyens de gestion et de transfert d'énergie et permet de faire circuler le fluide refroidissement dans les conduites 26 et notamment dans l'échangeur 22 afin d'optimiser l'effet de refroidissement du circuit. On notera à ce propos que le circuit 8 comprend notamment des moyens, connus de l'homme du métier, pour produire un signal représentatif du degré de charge de l'accumulateur 6 et des moyens de commande qui, en réponse au signal de mesure indiquant que l'accumulateur est complètement chargé, dérivent au moins une partie du courant de charge sur les moyens de dissipation 20 et enclenchent la pompe 24. A la figure 2 est représenté un véhicule automobile selon un deuxième mode réalisation de l'invention et dans laquelle on a désigne les éléments identiques à ceux de la figure 1 par les mêmes références numériques. Il s'agit dans ce deuxième mode de réalisation d'un véhicule à traction hybride électrique et à combustion interne. A la différence du véhicule décrit en liaison avec la figure 1, ce véhicule comprend en outre un moteur à combustible 30 couplé mécaniquement au rotor (non représenté) d'un générateur de tension alternative 32 Le stator (non représenté) du générateur 32 est relié à l'accumulateur 6 par l'intermédiaire du circuit de gestion et de transfert d'énergie 8 pour fournir à partir de la tension alternative produite par le générateur 32 une tension sensiblement égale à la tension produite par l'accumulateur 6. Le moteur à combustible 30 comprend par ailleurs un circuit de refroidissement 34 qui selon l'invention forme une partie des moyens de dissipation 16 Dans ce mode de réalisation, le circuit de refroidissement 18 comprend l'échangeur de chaleur 22, un autre deuxième échangeur de chaleur 36 avec l'intérieur du véhicule reliés tous les deux en série. L'échangeur de chaleur 22 et l'échangeur de chaleur 36 sont reliés, par les conduites 26, entre une entrée de refroidissement 38 et une sortie de refroidissement 40 du moteur à combustible 30. L'échangeur 22 est disposé comme dans l'exemple précédent dans la partie avant du véhicule et l'échangeur 36 est relié avec l'habitacle et coopère avec un ventilateur (non représenté) pour récupérer la chaleur accumulée par le fluide de refroidissement. Le circuit de refroidissement 34 comprend par ailleurs une conduite de dérivation 42 branchée en parallèle sur le premier échangeur 22 la branche de la dérivation située du coté de la sortie de refroidissement étant reliée à une vanne de dérivation 44 qui en fonction de la température du fluide de refroidissement et du mode de fonctionnement du véhicule empêche la circulation du fluide refroidissement à travers l'échangeur 22. Dans ce mode de réalisation, la pompe 24 est disposée de préférence en amont de l'entrée de refroidissement 38 et, le moteur à combustible comprend en aval de son entrée de refroidissement sa propre pompe 46 à fluide de refroidissement pour faire circuler le fluide de refroidissement depuis l'entrée de refroidissement 38 vers la sortie de refroidissement 40 à travers le moteur à combustible lorsque ce dernier est en fonctionnement La pompe 46 est par exemple reliée mécaniquement au moteur à combustible 30. Le fonctionnement d'un véhicule selon l'invention est le suivant. Lorsque le véhicule 1 est immobile et branché sur une source de courant extérieure, toute l'énergie provenant de cette source est utilisée pour la charge de l'accumulateur 6. Lorsque les moyens de mesure du degré de charge indiquent que l'accumulateur 6 est complètement chargé les moyens de gestion et de transfert d'énergie 8 peuvent selon une programmation appropriée, soit simplement arrêter la charge, soit arrêter la charge et utiliser le courant de charge pour activer la résistance de dissipation 20 et stocker une certaine quantité d'énergie dans le fluide refroidissement Le cas échéant, les moyens de gestion 8 peuvent activer le ventilateur de chauffage de l'habitacle du véhicule selon le deuxième mode de réalisation ou encore préchauffager le moteur à combustible avant son démarrage ce qui permet non seulement d'augmenter considérablement sa durée de vie mais aussi de diminuer de façon importante les émissions de gaz nocifs produites au démarrage. Lorsque le véhicule circule et que l'accumulateur est complètement chargé, ou le cas échéant surchargé, les moyens de gestion et de transfert d'énergie 6 dirigent toute l'énergie électrique produite au cours du freinage électrique sur la résistance de dissipation 20. Maintenant, lorsque le véhicule circule et que l'accumulateur n'est pas complètement chargé, les moyens de gestion et de transfert d'énergie répartissent l'énergie électrique produite au cours du freinage électrique sur la résistance de dissipation 20 et dans l'accumulateur 6, la répartition dépendant à la fois du degré de charge de l'accumulateur 6 et de la quantité d'énergie électrique produite lors du freinage électrique, le degré de charge étant connu à chaque instant par les moyens de gestion et de transfert d'énergie 8. REVENDICATIONS 1 Véhicule automobile à traction électrique ( 1) comprenant au moins une roue motrice ( 4), des moyens de freinage mécanique ( 14) de ladite roue ( 1), au moins un moteur électrique ( 2) couplé mécaniquement à ladite roue motrice ( 4), un accumulateur d'énergie électrique rechargeable ( 6) et des moyens de gestion et de transfert d'énergie ( 8) couplés à l'accumulateur ( 6) et au moteur électrique ( 6), comportant des moyens de freinage électrique permettant de faire fonctionner ledit moteur électrique ( 6) en mode génératrice, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de dissipation ( 16) de l'énergie électrique produite au cours du freinage électrique, et en ce que lesdits moyens de dissipation ( 16) comprennent un circuit de refroidissement ( 18) à circulation de fluide et une résistance de dissipation ( 20) coopérant au moins indirectement avec ledit circuit de refroidissement ( 18). 2 Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend un premier échangeur ( 22) de chaleur avec l'extérieur du véhicule ( 1) et une première pompe ( 24) reliés ensemble par des conduites ( 26), la résistance de dissipation étant disposée en contact thermique étroit avec une partie ( 28) d'une desdites conduites ( 26). 3 Véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résistance est enroulée autour de ladite partie ( 28). 4 Véhicule selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de gestion et de transfert d'énergie ( 8) comprennent des moyens pour produire un signal de mesure représentatif du degré de charge dudit accumulateur ( 6) et des moyens de commande qui, en réponse au signal de mesure indiquant que l'accumulateur est complètement chargé, dérivent au moins il l'accumulateur est complètement chargé, dérivent au moins une partie du courant de charge sur les moyens de dissipation ( 20) et enclenchent ladite première pompe ( 24). 5 Véhicule selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre un moteur à combustible ( 30), un générateur d'énergie électrique ( 32) relié au moins indirectement audit moteur à combustible ( 30) pour recharger ledit accumulateur ( 6) et un circuit de refroidissement ( 34) du moteur à combustible, caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement formant une partie des moyens de dissipation ( 16) est formé par ledit circuit de refroidissement du moteur à combustible ( 34). 6 Véhicule selon la revendication 5, caractérisé en ce que les conduites ( 26) dudit circuit de refroidissement ( 34) s'étendent entre une entrée ( 38) et une sortie ( 40) de refroidissement du moteur à combustible ( 30) et en ce que le premier échangeur ( 22) s'entend entre ladite résistance ( 20) de dissipation et ladite entrée de refroidissement ( 38). 7 Véhicule selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une deuxième pompe ( 46), reliée mécaniquement audit moteur à combustible ( 30). 8 Véhicule selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement ( 34) comprend en outre une conduite de dérivation ( 42) branchée en parallèle sur ledit premier échangeur de chaleur ( 22) et un deuxième échangeur de chaleur ( 36) avec l'intérieur du véhicule branché entre la résistance de dissipation ( 20) et ladite conduite de dérivation ( 42).