Brevet FR2750660A1 — publié le 19980109

Système de gestion de l'énergie produite par un alternateur de forte puissance à bord d'un véhicule. La présente invention concerne la gestion de l'énergie électrique qui est produite à bord d'un véhicule automobile mû par un moteur à combustion interne. Les véhicules modernes comportent de plus en plus d'équipements dont la consommation d'énergie électrique est relativement élevée, par exemple, des équipements de confort tels que la climatisation ou le chauffage ou des équipements que l'on peut envisager d'entraîner par un moteur électrique plutôt que par le moteur à combustion interne tel que la pompe à eau, la direction assistée, la pompe à huile etc. Les alternateurs de type classique sont limités à un courant électrique de l'ordre de 120 A qui peut s'avérer aujourd'hui insuffisant pour alimenter l'ensemble des équipements. On envisage aujourd'hui des alternateurs de forte puissance électrique pouvant fournir jusqu'à un courant de 250 A sous une tension de 14 V. Les véhicules de type classique comprennent un réseau électrique de bord à la tension nominale continue de 12 V alimentant l'ensemble des équipements. Toutefois, l'accroissement des courants circulant dans ce réseau qui va de pair avec l'accroissement de la consommation électrique des équipements est nuisible à la qualité de la tension de bord et tend à augmenter les fluctuations de la tension. Or les véhicules modernes embarquent de plus en plus de composants électroniques dont le fonctionnement supporte mal de fortes fluctuations de tension. Une solution peut consister à munir chaque équipement consommateur d'électricité d'un filtre, par exemple du type à condensateur, destiné à lisser la tension à l'entrée dudit composant. Une telle solution est onéreuse et très compliquée à mettre en oeuvre en raison du grand nombre de filtres devant être utilisés. L'accroissement de l'énergie électrique circulant par le réseau continu 12 V a également pour effet d'augmenter les pertes par effet Joule dans le réseau. Ces pertes sont proportionnelles au carré du courant circulant dans le réseau. La présente invention a donc pour objet de proposer un système de gestion de l'énergie électrique adapté aux alternateurs de forte puissance et à des équipements électriques à forte consommation d'énergie. La présente invention a également pour objet d'améliorer la qualité de la tension dans le réseau tout en permettant une diminution des pertes. La présente invention permet, grâce à l'accroissement de l'énergie pouvant circuler sur le réseau, l'entraînement par moteur électrique d'équipements entraînés, de façon connue, directement par le moteur thermique. Le dispositif de gestion de l'énergie électrique, selon l'invention, est destiné aux véhicules automobiles équipés d'un moteur à combustion interne et comprenant des éléments à forte consommation d'énergie électrique, et des éléments à faible consommation d'énergie électrique et une batterie. Le dispositif de gestion comprend des moyens pour alimenter séparément les éléments à forte consommation d'énergie d'une part, et les éléments à faible consommation d'énergie et la batterie d'autre part, et un système de commande desdits moyens. Grâce à cette alimentation séparée, on obtient une bonne stabilité de la tension d'alimentation des éléments à faible consommation d'énergie ce qui est très avantageux pour les équipements électroniques. Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de commande est capable de fournir une tension U1 aux éléments à faible consommation d'énergie et une tension U2 supérieure à la tension U1 destinée aux éléments à forte consommation d'énergie, la tension U2 étant filtrée au moyen d'un condensateur de façon que la tension U1 soit stable quelle que soit la puissance électrique consommée par les éléments à forte consommation d'énergie. L'utilisation d'une tension U2 supérieure à la tension U1 permet de réduire de façon significative les pertes par effet Joule dans les circuits d'alimentation. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le système de commande est capable de fournir une tension U1 continue aux éléments à faible consommation d'énergie et à la batterie, et une tension alternative U2 aux éléments à forte consommation d'énergie. L'utilisation d'une tension alternative U2 permet d'utiliser des appareils électriques fonctionnant sous la fréquence industrielle 50 hertz. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif de gestion comprend un premier système de commande capable de fournir une tension continue U1 aux éléments à faible consommation d'énergie et à la batterie, et un deuxième système de commande capable de fournir une tension alternative U2 aux éléments à forte consommation d'énergie. Avantageusement, le deuxième système de commande est capable de diminuer la tension U2 afin de maintenir le niveau de la tension U1 lorsque la demande d'énergie électrique est trop importante. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif de gestion comprend un premier alternateur capable de délivrer une tension continue U1 aux éléments à faible consommation d'énergie et à la batterie, et un deuxième alternateur capable de délivrer par l'intermédiaire d'un système de commande, une tension alternative U2 aux éléments à forte consommation d'énergie. On peut ainsi utiliser un premier alternateur de type et de puissance classiques tout en entraînant de nombreux accessoires par des moteurs électriques. De plus la tension U1 reste d'une grande stabilité quelle que soit la consommation d'énergie par les éléments à forte consommation d'énergie. De préférence, le deuxième alternateur est un alternateurdémarreur alimenté lors du démarrage du moteur à combustion interne par la batterie, par l'intermédiaire du système de commande. On obtient ainsi un gain de place important à proximité du moteur à combustion interne. Dans un mode de réalisation de l'invention, les éléments à forte consommation d'énergie comprennent une pompe à eau de refroidissement du moteur, une pompe à huile du moteur, une direction assistée électrique du véhicule, un actionneur électrique de la commande d'embrayage et un dispositif de commande de réglage des projecteurs. Dans un mode de réalisation de l'invention, le véhicule étant équipé d'un alternateur-démarreur à excitation bobinée, le système de commande agit sur la courant d'excitation de l'alternateur-démarreur pour la régulation de la tension U1. Grâce à l'invention, des équipements consommateurs d'énergie peuvent être entraînés par des moteurs électriques plutôt que d'être entraînés par le moteur à combustion interne par l'intermédiaire en général de courroies. Cet entraînement électrique permet d'accroître la fiabilité de ces équipements, de gagner de la place et de pouvoir disposer plus facilement ces équipements dans le véhicule. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'invention; la figure 3 est une vue schématique d'un troisième mode de réalisation de l'invention; et la figure 4 est une vue schématique d'un quatrième mode de réalisation de l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, le véhicule comprend un alternateur 1 de forte puissance, qui peut être, par exemple, du type intégré au volant d'inertie du moteur à combustion interne du véhicule ou encore du type alternateur-démarreur. L'énergie électrique fournie par l'alternateur 1 est transmise à un boîtier 2 de commande et de répartition de l'énergie électrique. Le boîtier 2 est relié à un premier réseau électrique 3 alimentant des composants 4 et un second réseau électrique 5 alimentant un filtre 6 relié par des câbles électriques 7 à des composants 8. Le boîtier 2 est capable d'assurer le pilotage de l'alternateur 1, la régulation du réseau de bord en fournissant sur le premier réseau 3 une tension U1 continue d'une valeur de 14,4 V et sur le second réseau 5 une tension U2 continue de valeur supérieure à 14,4 V. Le second réseau 5 est relié à un filtre 6 du type à condensateur. Les composants 8 sont ainsi alimentés par une tension filtrée. Les composants 4 à faible consommation d'énergie, regroupent en général la batterie, les différents calculateurs électroniques nécessaires au fonctionnement du véhicule, les lampes et projecteurs d'éclairage etc. Les composants 8 à forte consommation d'énergie regroupent, par exemple, un chauffage additionnel à résistance, un mécanisme de direction assistée électrique, un dispositif de chauffage électrique du pot catalytique destiné à réduire l'émission d'éléments polluants lors du démarrage du véhicule etc. Le boîtier 2 assure sur le premier réseau 3 une tension U1 stable et non soumise aux perturbations créées par les variations de charge du second réseau 5. L'alimentation du démarreur du véhicule est assurée par la batterie et donc par l'intermédiaire du premier réseau 3. Dans le cas où l'alternateur 1 est une machine à rotor à aimants permanents, le boîtier 2 impose un délestage d'un ou plusieurs équipements alimentés par le second réseau 5 pour satisfaire la demande de puissance sur le premier réseau 3. Ce délestage peut être progressif si l'équipement concerné est résistif, dans le but de réduire les perturbations sur le réseau. Dans le cas où l'alternateur 1 est une machine à rotor bobiné, le boîtier 2 peut agir sur le courant d'excitation pour satisfaire la variation de puissance sur l'un des réseaux 3 ou 5. Lorsque le courant d'excitation est maximum, le boîtier 2 impose alors un délestage comme pour la machine à rotor à aimants permanents. Sur la figure 2, les références des éléments semblables à ceux de la figure 1 ont été conservées. Le second réseau 5 alimente les composants 8 à forte consommation d'énergie sous une tension U2 ondulée non filtrée. Le fonctionnement est relativement proche du mode de réalisation précédent illustré sur la figure 1. On obtient ainsi une tension continue U1 sur le premier réseau 3 relativement stable. Les pertes par effet Joule dans les réseaux sont réduites grâce à l'utilisation du second réseau 5 sous la tension U2. On peut ainsi gérer une puissance électrique disponible importante et alimenter en énergie électrique de nouveaux équipements. Pour parfaire le fonctionnement de certains composants 8 à forte consommation d'énergie, il peut être souhaitable de disposer un filtre à proximité immédiate de l'équipement concerné, en général dans son boîtier de commande. Comme on peut le voir sur la figure 3, les références des éléments semblables à ceux des figures précédentes ont été conservées. Le véhicule comprend un alternateur 1 relié à un premier boîtier 9 qui alimente le premier réseau 3 destiné aux composants 4 à faible consommation d'énergie, et un second boîtier 10 alimentant le second réseau 5 destiné aux composants 8 à forte consommation d'énergie. Le boîtier 9 assure le pilotage de l'alternateur 1 et la régulation du premier réseau 3 en fournissant une tension U1 continue de 14,4 V. Le boîtier 10 est un système de commande électromécanique ou électronique fournissant un tension alternative U2 aux composants 8. Le boîtier 9 est capable de délester le réseau 5 alimenté par le boîtier 10 de façon à obtenir une tension continue U1 non perturbée. Un ou plusieurs composants 8 peuvent être temporairement déconnectés pour assurer la stabilité de la tension U1 à condition, bien entendu, que le fonctionnement de ces composants 8 ne concerne pas des fonctions ayant une incidence sur la sécurité du véhicule. La commande des composants 8 s'effectue en général par l'intermédiaire de relais électromécaniques ou statiques. Dans le cas d'un alternateur 1 de type triphasé, le boîtier 10 distribue l'énergie électrique aux composants 8 de façon à équilibrer le courant dans les trois phases de l'alternateur 1. Ce mode de réalisation est particulièrement bien adapté à un véhicule équipé de nombreux équipements à forte consommation d'énergie à caractère résistif tels que des chauffages additionnels. A titre de variante, on peut prévoir que le boîtier 9 est capable de délivrer une tension U'1 continue supérieure à la tension U1 pour alimenter des équipements à forte intensité tels qu'une direction assistée électrique. Les équipements alimentés par la tension U'1 seront généralement des gros consommateurs d'énergie acceptant une tension supérieure à 14,4 V et éventuellement des variations de tension, par exemple des moteurs électriques ou des actionneurs électromécaniques. Comme on peut le voir sur la figure 4, le véhicule comprend un alternateur 1 1 de type classique alimentant, sous une tension U1 de 14,4 V, le premier réseau 3 auquel sont reliés les composants à faible consommation d'énergie tels que la batterie ou différents calculateurs électroniques. L'alternateur 1 1 est destiné à fournir un courant de l'ordre de 50 A. La puissance absorbée par le réseau 3 est, selon le cycle d'utilisation, constante ce qui donne une très grande stabilise à la tension U1. L'alternateur 1 1 est équipé d'une régulation de type classique capable d'assurer une tension U1 constante. Le véhicule comprend également un alternateur 1 de forte puissance relié à un boîtier de commande 13 qui assure le pilotage de l'alternateur 1 et l'alimentation des composants à forte consommation d'énergie. Le boîtier de commande 13 gère la distribution d'énergie aux composants 8 de type résistif et aux composants 12 de type inductif tels que le moteur d'entraînement de la pompe à eau, celui de la pompe à huile, la direction assistée électrique, l'actionneur électrique de la commande d'embrayage et un dispositif de réglage des projecteurs. Le boîtier de commande 13 reçoit une tension alternative de l'alternateur 1, qui est redressée par un pont redresseur réversible. Le boîtier de commande 13 délivre une tension alternative triphasée pour l'alimentation des composants 8 et une tension continue redressée sans filtrage pour les composants 12. Selon la puissance disponible, certains équipements consommateurs d'énergie peuvent être délestés. Dans le cas d'un alternateur 1 à rotor bobiné, l'excitation de l'alternateur 1 peut être commandée de façon à réguler la tension du réseau. Dans le cas où l'alternateur 1 est du type alternateurdémarreur, lors du démarrage, l'énergie de la batterie, qui fait partie des composants 4 à faible consommation d'énergie, est transmise à l'alternateur-démarreur 1 par l'intermédiaire du boîtier de commande 13 et de son pont redresseur réversible. Le boîtier de commande 13 interdit alors toute utilisation des composants 8 et des composants 12 à forte consommation d'énergie. Grâce à l'invention, on obtient un système de gestion de l'énergie électrique à bord d'un véhicule parfaitement adapté aux véhicules modernes pourvus de nombreux équipements de confort tels que la climatisation, les sièges chauffants etc. et on peut prévoir un entraînement électrique pour des équipements tels que la pompe à eau ce qui permet de gagner de la place et de disposer ces équipements avec une plus grande liberté. REVENDICATIONS 1. Dispositif de gestion de l'énergie électrique à bord d'un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne et comprenant des éléments (8) à forte consommation d'énergie électrique, des éléments (4) à faible consommation d'énergie électrique et une batterie, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour alimenter séparément les éléments à forte consommation d'énergie d'une part, et les éléments à faible consommation d'énergie et la batterie d'autre part, et un système de commande (2) desdits moyens. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le système de commande est capable de fournir une tension U1 aux éléments à faible consommation d'énergie et une tension U2 supérieure à la tension U1 destinée aux éléments à forte consommation d'énergie, la tension U2 étant filtrée au moyen d'un filtre (6) de façon que la tension U1 soit stable quelle que soit la puissance électrique consommée par les éléments à forte consommation d'énergie. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un système de commande capable de fournir une tension U1 continue aux éléments à faible consommation d'énergie et à la batterie, et une tension alternative U2 aux éléments à forte consommation d'énergie. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un premier système de commande (9) capable de fournir une tension continue U1 aux éléments à faible consommation d'énergie et à la batterie et un deuxième système de commande (10) capable de fournir une tension alternative U2 aux éléments à forte consommation d'énergie. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le système de commande est capable de diminuer la tension U2 afin de maintenir le niveau de la tension U1 lorsque la demande d'énergie électrique est trop importante. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un premier alternateur (11) capable de délivrer une tension continue U1 aux éléments à faible consommation d'énergie et un deuxième alternateur (1) capable de délivrer, par l'intermédiaire d'un système de commande (13), une tension alternative U2 aux éléments à forte consommation d'énergie. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le deuxième alternateur est un alternateur-démarreur alimenté lors du démarrage du moteur à combustion interne par une batterie, par l'intermédiaire du système de commande. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisépar le fait que les éléments à forte consommation d'énergie comprennent une pompe à eau de refroidissement du moteur, une pompe à huile du moteur, une direction assistée électrique du véhicule, un actionneur électrique de la commande d'embrayage et un dispositif de commande de réglage des projecteurs. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, le véhicule étant équipé d'un alternateur-démarreur à excitation bobinée, le système de commande agit sur le courant d'excitation de l'alternateur-démarreur pour la régulation de la tension U1.