Brevet FR2776854A1 — publié le 19991001

ARCHITECTURE MODULABLE DE RESISTANCES THERMIQUES CONNECTEES A UN RESEAU SERIE/PARALLELE COMPRENANT AU MOINS UN ACCUMULATEUR DE PUISSANCE L'invention concerne une architecture modulable de résistances thermiques, ou résistances chauffantes, connectées à un réseau série/parallèle comprenant au moins un accumulateur de puissance. Une source d'énergie électrique est indispensable pour faire fonctionner un moteur thermique d'un véhicule. Cette source d'énergie électrique est habituellement constituée d'une batterie d'accumulateurs associée à un dispositif de charge avec un alternateur entraîné par le moteur thermique. L'énergie électrique de la batterie d'accumulateurs est utilisée par plusieurs fonctions du véhicule: - pour la mise en route du moteur thermique, par l'intermédiaire du démarreur, - pour le chauffage de certains organes du véhicule, tels que le circuit de refroidissement, par l'intermédiaire de thermoplongeurs et d'un pot catalytique ou encore pour l'alimentation permanente d'autres organes dit de confort, tels que le pare-brise chauffant, la lunette arrière chauffante, les sièges chauffants ou encore l'air de l'habitacle, par l'intermédiaire de résistances thermiques. L'alimentation électrique simultanée de tous ces organes ou de certains d'entre eux, au moment du démarrage du moteur et du roulage après démarrage, conduit à une diminution substantielle de la tension de sortie de la batterie d'accumulateurs. Or la diminution substantielle de la tension de sortie de la batterie d'accumulateurs est préjudiciable au bon fonctionnement du moteur et des calculateurs qui en ont la gestion. En outre, afin de respecter les futures normes anti- pollution, il est essentiel que le pot catalytique atteigne rapidement sa température normale de fonctionnement. L'émission de gaz polluants lors du démarrage à froid du véhicule est ainsi minimisée. Mais cette minimisation implique de disposer d'une puissance électrique élevée pendant mais aussi après le démarrage. Le développement de supercondensateurs de forte puissance massique, qui s'appuie notamment sur de nouvelles technologies d'accumulateurs électro- chimiques, pourrait permettre d'emmagasiner suffisamment d'énergie pour alimenter les résistances thermiques citées ci-dessus pendant la phase de charge et de décharge des supercondensateurs. La connexion optimale au supercondensateur des charges résistives, afin d'exploiter au mieux les caractéristiques des supercondensateurs, pose un problème. Pour remédier à ce problème, des solutions ont été proposées. Une de ces solutions est décrite dans le brevet NO EP 0 412 631 A2. L'architecture décrite dans ce brevet permet d'augmenter les performances d'un démarreur thermique d'un véhicule grâce à un supercondensateur. Si le véhicule est en phase de freinage, le supercondensateur est connecté au réseau électrique de bord en direct pendant la phase de charge. En effet, pendant le freinage, la puissance électrique nécessaire pour le fonctionnement du moteur est moins importante. Un courant électrique important peut alors être prélevé sur le réseau électrique de bord. Sinon, la connexion est réalisée via une résistance qui limite le courant prélevé au réseau électrique de bord. Pendant la phase de décharge, le supercondensateur est connecté au démarreur monté en parallèle. Ainsi le temps de décharge est faible et un câblage dimensionné pour faire passer le courant correspondant au pic de démarrage est mis en place. Une puissance électrique conséquente est ainsi rapidement disponible. Cependant, l'invention décrite dans ce brevet européen ne concerne que l'alimentation d'une charge unique (le démarreur) et non d'un réseau de charges. En outre, pendant la charge du supercondensateur, l'alimentation de plusieurs résistances thermiques n'est pas prévue. D'autre part, il n'est pas possible de faire varier l'impédance de la charge en fonction des conditions électriques du réseau de bord du véhicule. De plus, la connexion en direct du supercondensateur risque de provoquer des à-coups moteur et d'affaiblir considérablement le réseau électrique de bord du véhicule, surtout si d'autres charges sont en fonctionnement. Enfin, pendant la décharge, le supercondensateur fournit au démarreur le courant correspondant au pic de démarrage. Mais pour alimenter régulièrement des résistances thermiques, il est préférable de limiter le courant de décharge afin de limiter les sections de câblages et d'augmenter ainsi le temps de décharge. D'autres solutions au problème posé ont été proposées. Par exemple, il existe une architecture permettant d'alimenter un groupe de résistances thermiques pendant la phase de charge d'un supercondensateur avec les caractéristiques suivantes: Pendant la phase de charge du supercondensateur, le groupe de résistances thermiques est monté en série, puis en parallèle pendant la décharge. Le cycle de charge et de décharge du supercondensateur est défini par une stratégie. Cette stratégie permet la charge ou la décharge du supercondensateur en fonction des conditions électriques du réseau de bord et de la position de la clé de contact. Mais, si cette architecture décrite propose d'alimenter un réseau de résistances thermiques, elle ne prévoit cependant pas de faire varier l'impédance du groupe de résistances thermiques en fonction des conditions électriques du réseau électrique de bord du véhicule. De plus, pendant la phase de charge du supercondensateur, la connexion du supercondensateur au réseau électrique de bord du véhicule risque, si la résistance équivalente au réseau de résistances thermiques est trop faible, d'affaiblir de façon dommageable la tension du réseau électrique du véhicule et de provoquer des à-coups moteur. Toujours pendant la phase de charge du supercondensateur, si la résistance équivalente est trop forte, le temps de charge du supercondensateur est augmenté. Enfin, pendant la phase de décharge du supercondensateur, la connexion en parallèle du groupe de résistances thermiques avec le supercondensateur peut entraîner un courant de décharge important. La durée de la décharge du supercondensateur est alors limitée. Or certains organes, notamment les organes dits de confort, ont besoin d'une alimentation électrique régulière. Le supercondensateur doit se décharger vers ces organes de façon régulière. De plus, il est dans ce cas nécessaire de dimensionner les résistances thermiques et les sections des câbles en fonction des fortes puissances électriques mises en jeu. Un but de la présente invention est donc de réaliser un dispositif d'alimentation électrique avec un accumulateur de puissance, par exemple un supercondensateur, connecté à un réseau de résistances thermiques qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur décrits succinctement ci-dessus. Le but de la présente invention est atteint en proposant une architecture modulable de résistances thermiques connectées à un réseau série/parallèle et comprenant au moins un accumulateur de puissance. Les charges sont connectées entre elles par des contacteurs commandés par un dispositif électronique. Ces contacteurs permettent en fonction de leur état la connexion des résistances thermiques en série, en parallèle ou en série/parallèle. Cette architecture modulable offre donc la possibilité de modifier la résistance équivalente des résistances thermiques en fonction du cycle de charge/décharge de l'accumulateur de puissance et des conditions électriques du réseau électrique de bord. Pendant la charge de l'accumulateur de puissance, les résistances thermiques sont montées en parallèle pour diminuer la résistance équivalente globale de la ligne et la durée de charge de l'accumulateur de puissance. Pour limiter les à-coups moteur détectables par le conducteur, les résistances thermiques peuvent être progressivement connectées. D'une façon générale, l'architecture du réseau de résistances thermiques peut se mettre en place progressivement pour des conditions de fonctionnement établies. Cependant, dans le cas o le réseau électrique de bord du véhicule serait affaibli, certaines résistances thermiques peuvent être, progressivement ou simultanément, déconnectées ou bien mises en série. Ces opérations ont pour effet l'augmentation de la résistance équivalente au réseau de résistances thermiques et la diminution du courant prélevé sur le réseau électrique de bord. Pendant la décharge de l'accumulateur de puissance, les résistances thermiques sont connectées en série. La résistance équivalente au réseau de résistances thermiques est alors importante, les courants de pointe sont ainsi limités et la durée de décharge de l'accumulateur de puissance dans les résistances thermiques est prolongée. Le courant est alors suffisant pour assurer les profils thermiques minimums des résistances thermiques. Cependant, selon les besoins, il est possible de déconnecter certaines résistances thermiques pour diminuer la résistance équivalente. La décharge sera alors plus rapide, mais une puissance supérieure sera alors fournie aux charges en fonctionnement. Une autre structure possible est la connexion de quelques résistances thermiques associées en parallèle avec les autres résistances thermiques en série. Cette structure permet également de diminuer la résistance équivalente. L'invention concerne donc un dispositif d'alimentation électrique d'un véhicule automobile comprenant: - une batterie, - au moins un accumulateur de puissance, - un commutateur assurant la liaison entre la borne supérieure de l'accumulateur de puissance et soit la batterie, soit la masse, - un réseau de résistances thermiques, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau de contacteurs commandé par un dispositif électronique de commande déterminant la structure d'une architecture modulable du réseau de résistances thermiques en permettant la connexion ou la déconnexion de chacune des résistances thermiques du réseau de résistances thermiques. Dans une application particulière de l'invention, l'accumulateur de puissance est un supercondensateur. Cette architecture du réseau de résistances thermiques peut prendre la forme d'un réseau de résistances thermiques en série, en parallèle, ou d'un réseau combinant des résistances thermiques en série et en parallèle. Les différents aspects et avantages de l'invention apparaîtront dans la suite de la description en référence aux figures qui ne sont données qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - la figure 1 est un schéma d'une architecture d'un réseau de résistances thermiques et de contacteurs selon l'invention pendant la phase de charge de l'accumulateur de puissance; - la figure 2 montre une première variante du schéma de l'architecture selon l'invention lors de la phase de charge de l'accumulateur de puissance; - la figure 3 montre une seconde variante du schéma de l'architecture selon l'invention lors de la phase de charge de l'accumulateur de puissance; - la figure 4 montre le schéma d'une architecture selon l'invention lors de la phase de décharge de l'accumulateur de puissance; - la figure 5 montre le schéma d'une variante de l'architecture selon l'invention lors de la phase de décharge d'un accumulateur de puissance. Les schémas des figures 1 à 5 présentent toutes une structure de circuit similaire: une batterie 1, représentée sous la forme d'un générateur de tension, a sa borne négative connectée à une masse. Sa borne positive est connectée à un point de connexion 2 d'une part, et d'autre part au réseau électrique de bord du véhicule. Un commutateur 4 assure la connexion entre la borne supérieure d'un accumulateur de puissance SC et soit le point de connexion 2, soit un point de connexion 3. La borne inférieure de l'accumulateur de puissance SC est reliée à une première extrémité 12 d'un réseau de résistances thermiques R. Ce réseau de résistances thermiques R comprend des résistances thermiques R1, R2, R3, R4 et R5. Chacune de ces résistances thermiques Ri, R2, R3, R4 et R5 a respectivement un premier point de connexion à une première extrémité, respectivement 12, 23, 34, 45 et 56 et un second point de connexion à une seconde extrémité, respectivement 21, 32, 43, 54 et 65. Le point de connexion 65 constitue la seconde extrémité du réseau de résistances thermiques R. Des contacteurs Cl, C2, C3, C4, C5, C6, C7 et C8 permettent d'assurer éventuellement la liaison entre les points de connexion respectivement 12 et 23, 23 et 34, 34 et 45, 45 et 56, 21 et 32, 32 et 43, 43 et 54, 54 et 65. Les contacteurs Cl à C8 constituent un réseau de contacteurs. Les résistances thermiques RI à R5 peuvent avoir, dans une application préférée de l'invention, des valeurs de charge identiques. Le point de connexion 65 est relié d'une part à la masse et d'autre part au point de connexion 3. C'est l'ouverture et la fermeture des contacteurs Cl à C8 qui déterminent l'architecture du dispositif selon l'invention. Cette ouverture et fermeture des contacteurs C1 à C8 est commandée par un dispositif électronique de commande 5. Ce dispositif électronique de commande 5 délivre des signaux de commande Sl, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8 qui commandent respectivement les contacteurs Cl, C2, C3, C4, C5, C6, C7 et C8. Il délivre également un signal de commande SO qui commande le commutateur 4. Sur la figure 1, le commutateur 4 assure la liaison entre le point de connexion 2 et la borne supérieure de l'accumulateur de puissance SC. L'accumulateur de puissance SC est donc en phase de charge. Les contacteurs Cl à C8 sont fermés, c'est-à-dire qu'ils assurent la connexion entre les différents points de connexion qui leur sont associés. Les résistances thermiques sont ainsi connectées en parallèle. La résistance équivalente au cinq résistances thermiques RI, R2, R3, R4, R5 est alors faible. En effet, dans l'hypothèse o les résistances thermiques R1, R2, R3, R4, R5 ont la même valeur RC, la résistance équivalente a une valeur RE = RC/5. Un fort courant peut ainsi circuler et la charge du supercondensateur est rapide. Ce cas de figure est souhaité lorsque la tension du réseau de bord du véhicule est supérieure à une tension seuil VS. La tension du réseau de bord du véhicule constitue ainsi une entrée 6 du dispositif électronique de commande 5. Dans ce cas, le dispositif électronique de commande ferme les contacteurs C1 à C8, les uns après les autres pour éviter d'éventuels à-coups moteur. Si la tension du réseau de bord du véhicule est inférieure à la tension seuil VS, alors certains contacteurs sont ouverts par l'électronique de commande. Certaines résistances thermiques ne sont alors plus connectées. La résistance équivalente du réseau de résistances thermiques montées en parallèle est alors supérieure à la précédente. Le courant ponctionné sur le réseau électrique de bord du véhicule est alors plus faible et le réseau électrique n'est alors pas trop affaibli. Cette situation peut se présenter notamment lors du démarrage du véhicule et correspond au schéma de la figure 2 sur lequel le contacteur C5 est ouvert. Ainsi la résistance R1 n'est plus connectée, et la résistance équivalente aux cinq résistances RI à R5 est supérieure à la résistance équivalente de l'architecture présentée à la figure 1. En effet, dans ce nouveau cas, RE = RC/4. La résistance équivalente peut également être augmentée sans déconnecter de charge. Il suffit de mettre au moins une résistance thermique en série avec le groupe de résistances thermiques restantes mises en parallèle. Cette situation correspond au schéma de la figure 3. Les contacteurs C2 et C7 sont ouverts, la résistance thermique R3 est ainsi connectée en série avec deux groupes de deux résistances thermiques, d'une part R1 et R2, et d'autre part R4 et R5, montées en parallèle. La résistance équivalente vaut alors RE=2RC. La figure 4 représente l'architecture correspondant à une phase de décharge de l'accumulateur de puissance selon l'invention. Le commutateur 4 assure alors la liaison entre le point de connexion 3 et la borne supérieure de l'accumulateur de puissance SC. Seuls les contacteurs C2, C4, C5 et C7 sont fermés. Ils assurent respectivement la connexion entre les points de connexion 21 et 32, 23 et 34, 43 et 54, 45 et 56. Les résistances thermiques R1, R2, R3, R4, R5 sont alors connectées en série et la résistance équivalente RE est élevée. En effet, dans ce nouveau cas, RE=5RC. La décharge de l'accumulateur de puissance est alors plus lente, la puissance fournie aux résistances thermiques est plus faible, tout en assurant les profils thermiques minimums requis. Si l'alimentation d'une ou plusieurs charges n'est plus nécessaire, si le profil thermique d'une des résistances thermiques nécessite une forte puissance, le dispositif d'électronique de commande ferme l'un des contacteurs. Deux résistances thermiques sont ainsi court-circuitées. Par exemple, si le contacteur Cl est fermée alors les résistances thermiques R1 et R2 sont court-circuitées. La résistance équivalente sera alors plus faible et la puissance des résistances thermiques en fonctionnement sera plus importante. L'architecture modulable d'un réseau de résistances thermiques selon l'invention permet également de fermer des contacteurs pour diminuer la résistance équivalente du réseau de résistances thermiques en mettant des résistances thermiques en parallèle. La fermeture des contacteurs C3 et C6 permet d'obtenir l'architecture représentée à la figure 5. Une forte puissance est ainsi fournie aux résistances thermiques RI et R5, la puissance fournie aux autres résistances thermiques est plus faible. Le réseau de résistances thermiques est alors de type série/parallèle. Cette architecture permet donc d'obtenir, en fonction du nombre de résistances thermiques alimentées et du nombre de contacteurs, un grand nombre de résistances équivalentes compatibles avec différentes applications. En outre, dans une application préférée, le réseau de contacteurs est commandé par un micro-contrôleur préalablement programme. Chaque contacteur est ouvert ou fermé en fonction de conditions de fonctionnement, telles que notamment la tension du réseau électrique de bord du véhicule, le profil de roulage du véhicule, les profils thermiques requis des résistances thermiques et le mode de fonctionnement de l'accumulateur de puissance. R E V E N D I C A T I ONS 1. Dispositif d'alimentation électrique d'un véhicule automobile comprenant: - une batterie (1), - au moins un accumulateur de puissance (SC), - un commutateur (4) assurant la liaison entre une borne supérieure de l'accumulateur de puissance SC et soit la batterie, soit la masse, - un réseau de résistances thermiques (R1 à R5), caractérisé en ce qu'il comprend un réseau de contacteurs (C1 à C8) déterminant la structure d'une architecture modulable du réseau de résistances thermiques par un dispositif électronique de commande 5 qui assure la connexion ou la déconnexion de chacune des résistances thermiques (Rl à R5) du réseau de résistances thermiques. 2. Dispositif d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif électronique de commande 5 fournit des signaux de commande tels que l'architecture du réseau de résistances thermiques peut prendre la forme d'un réseau de résistances thermiques en série, en parallèle ou d'un réseau combinant des résistances thermiques en série et en parallèle. 3. Dispositif d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'architecture du réseau de résistances thermiques est fonction de conditions de fonctionnement telles que la tension du réseau électrique du véhicule, le profil de roulage du véhicule, les profils thermiques requis des résistances thermiques et le mode de fonctionnement de l'accumulateur de puissance. 4. Dispositif d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'architecture du réseau de résistances thermiques peut se mettre en place progressivement pour des conditions de fonctionnement établies. 5. Dispositif d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le dispositif électronique de commande est un micro-contrôleur préalablement programme. 6. Dispositif d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à caractérisé en ce que les valeurs des charges du réseau de résistances thermiques sont toutes identiques. 7. Dispositif d'alimentation électrique d'un véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'accumulateur de puissance est un supercondensateur.