Brevet FR2773526A1 — publié le 19990716

DISPOSITIF D'ALIMENTATION D'UN RE8EAU ELECTRIQUE DE VEHICULE AUTOMOBILE COMPORTANT UNE CHARGE DE FORTE PUISSANCE L'invention concerne les véhicules automobiles et, plus particulièrement dans de tels véhicules, un dispositif pour alimenter le réseau électrique lorsque ce dernier comporte une charge électrique de forte puissance. Un réseau électrique de véhicule automobile est alimenté par une batterie qui est rechargée par un alternateur entraîné par le moteur du véhicule. La batterie est plus ou moins sollicitée selon l'état de fonctionnement du véhicule. Cette sollicitation est très forte au moment du démarrage où le démarrage consomme beaucoup de puissance électrique mais elle est faible lors d'un long parcours en l'absence de la mise en route, par exemple, des charges de confort tels que la ventilation de l'habitacle, la lunette arrière chauffante, le pare-brise dégivrant. Dans les véhicules automobiles équipés de pot catalytique, ce dernier ne fonctionne convenablement pour diminuer les émissions de polluants que lorsqu'il a atteint une température suffisante. Cette constatation conduit à chauffer le pot catalytique avant et après le démarrage du moteur pendant plusieurs dizaines de secondes, ce qui décharge considérablement la batterie dont la tension chute alors sensiblement. Une telle chute de tension est préjudiciable à la bonne marche des autres organes électriques du véhicule, voire à la sécurité des passagers. Différentes solutions ont été proposées pour résoudre ce problème de l'alimentation électrique d'un réseau qui comporte une charge de forte puissance, supérieure à 1,5 kW par exemple, telle qu'une résistance électrique de chauffage d'un pot catalytique. L'une d'entre elles consiste à mettre en oeuvre un système composé de deux batteries alimentant deux réseaux et à relier ces réseaux par un dispositif à relais (demande de brevet français NO 96 07409). Un tel système ne permet d'alimenter que des EHC ayant une résistance interne inférieure à 60 mô pour des raisons d'adaptation d'impédances entre celle des EHC (correspondant à l'acronyme de l'expression anglosaxonne Electrical Heating Catalyzer pour un pot catalytique à chauffage électrique) et celle des accumulateurs au plomb de la batterie. Une autre solution (demande de brevet européen NO 0 750 386) consiste à utiliser un alternateur fournissant deux tensions, la plus haute tension, 30 Volts par exemple, sert à alimenter le pot catalytique et la plus basse, 14 Volts par exemple, sert à alimenter le réseau électrique classique. Dans une telle solution, il est habituel de commuter l'alternateur sur l'EHC après le démarrage du moteur, ce qui ne permet pas de réchauffer le pot catalytique avant le démarrage. Par ailleurs, le réseau électrique classique n'est pas toujours alimenté en permanence par les deux sources électriques que sont l'alternateur et la batterie, ce qui peut poser des problèmes de sécurité en cas de déconnexion de la batterie. Une troisième solution (brevet allemand NO 4 326 384) consiste à mettre en oeuvre un système composé de deux batteries, couplées en série ou en parallèle, et d'un dispositif à cinq relais à un seul contact travail. Un tel système est onéreux du fait de l'utilisation de cinq relais; en outre l'une des défaillances courantes de ces relais est de rester collé sur le contact travail, ce qui peut engendrer un court-circuit aux bornes d'une des deux batteries si ce collage n'est pas détecté. Le but de l'invention est donc de réaliser un dispositif d'alimentation d'un réseau électrique de véhicule automobile comportant une charge électrique de forte puissance qui ne présente pas les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur décrits succinctement ci-dessus. Ce but est atteint en mettant en oeuvre deux batteries qui sont couplées entre elles et au réseau électrique par l'intermédiaire de deux relais commandés par un dispositif électronique de commande. Dans une variante, l'invention concerne un dispositif d'alimentation d'un réseau électrique de véhicule automobile comportant une charge de forte puissance, telle qu'une résistance électrique de chauffage d'un élément à chauffer, ledit réseau électrique étant alimenté par une première batterie, caractérisé en ce qu'il comprend: - une deuxième batterie, - un premier relais pour connecter la borne positive de la deuxième batterie soit à la borne positive de la première batterie, soit à l'une des bornes de la résistance électrique de chauffage dont l'autre borne est connectée à la masse, - un deuxième relais pour connecter la borne négative de la deuxième batterie soit à la masse, soit à la borne positive de la première batterie, et - un circuit électronique de commande pour fournir des signaux électriques de commande des premier et deuxième relais en fonction de la température de l'élément à chauffer, des positions de la clé de contact et des tensions aux bornes du réseau électrique. L'invention concerne également un procédé pour mettre en oeuvre le dispositif d'alimentation, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à: (C1) mettre les premier et deuxième relais dans une première position à l'arrêt de sorte que les deux batteries soient connectées en parallèle, (C2) mettre les relais dans une deuxième position lorsque la clé de contact est en position de contact de sorte que les deux batteries soient connectées en série et alimentent la résistance électrique de chauffage = si la température de l'élément à chauffer est inférieure à un seuil, et = si la tension du réseau électrique est supérieure à un premier seuil, et (C3) mettre le deuxième relais dans la première position lorsque la clé de contact est en position de démarrage de sorte que seule la deuxième batterie alimente la résistance électrique de chauffage tandis que la première batterie alimente le réseau électrique tant que la tension aux bornes du réseau électrique n'est pas inférieure à un deuxième seuil et que le moteur n'a pas démarré. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'exemples particuliers de réalisation, ladite description étant faite en relation avec le dessin joint dans lequel la figure unique est un schéma fonctionnel d'un dispositif d'alimentation d'un réseau électrique présentant des caractéristiques de l'invention. Une première batterie B1, fournissant par exemple une tension de 12 Volts, alimente en permanence un réseau électrique 10 de véhicule automobile. ce réseau comprend en parallèle: - un alternateur 12, - un démarreur 14, - d'autres organes électriques 16 tels que des résistances électriques de chauffage de l'habitacle ou de l'eau du circuit de refroidissement, des circuits électroniques tels qu'un calculateur d'injection, etc Une deuxième batterie B2 fournissant par exemple une tension de 12 volts, alimente une résistance électrique de chauffage 18 d'un pot catalytique (non représenté) par l'intermédiaire d'un premier relais RE1 à deux positions (a) et (b) dont le contact mobile 20 est connecté à la borne positive de la deuxième batterie B2. La borne négative de la batterie B2 est connectée au contact mobile 22 d'un deuxième relais RE2 à deux positions (a) et (b), la borne de la position (a) étant connectée à la masse tandis que la borne de la position (b) est connectée à la borne positive de la première batterie B1. Pour le premier relais RE1, la borne correspondant à la position (b) est connectée à une borne de la résistance électrique de chauffage 18 tandis que la borne correspondant à la position (a) est connectée à la borne positive de la batterie B1. L'autre borne de la résistance électrique de chauffage est connectée à la masse. Les relais RE1 et RE2 sont commandés par des signaux électriques fournis par un circuit électronique de commande 24 en fonction d'un certain nombre de paramètres qui sont: - certaines positions de la clé de contact: ARRET, APC (mise sous contact du réseau électrique), DEM (mise sous contact du démarreur), - une information indiquant la nécessité d'actionner ou non le chauffage du pot catalytique, cette information pouvant être déterminée à partir, soit de la température de refroidissement du moteur, soit de la température du pot catalytique, soit encore de la température de la résistance électrique de chauffage du pot catalytique, - une information indiquant la nécessité de maintenir ou non le chauffage du pot catalytique, cette information pouvant être soit la pression en collecteur d'échappement, soit la température du pot catalytique, soit la température de la résistance électrique de chauffage du pot catalytique, et - une information indiquant la tension du réseau électrique. Dans la suite de la description, l'information relative au chauffage du pot catalytique sera la température du pot catalytique lui-même mais l'invention peut être mise en oeuvre en utilisant un des paramètres indiqués ci-dessus, ces paramètres étant représentatifs de la température du pot catalytique. Ces différents paramètres sont matérialisés sur la figure par les flèches 34 et 36, la flèche en pointillés 36 correspondant à la mesure de la tension du réseau électrique. Les informations de température de l'élément à chauffer sont par exemple comparées à des seuils de température T1 et T2. Le premier seuil T1 étant celui au-dessous duquel il y a nécessité de chauffer l'élément et le deuxième seuil T2 étant celui au-dessus duquel il n'est pas nécessaire de chauffer l'élément. Outre les signaux électriques de commande des relais RE1 et RE2, le circuit électrique de commande 24 fournit un signal électrique de commande d'allumage d'une lampe témoin (non représenté) indiquant au conducteur que la phase de chauffage du pot catalytique est en cours. Afin d'éviter le court-circuit de la batterie B2 lorsque le relais RE1 est en position (a) et le relais RE2 en position (b), l'invention propose trois dispositifs de sécurité qui sont: - soit un fusible 26 entre la borne positive de la batterie B1 et la borne de la position (a) du relais RE1, ce qui protègera la batterie B2 du court-circuit, - soit une diode 28 dont l'anode est connectée à la borne positive de la batterie B1 et dont la cathode est connectée à la borne de la position (a) du relais RE1 de sorte que le court-circuit ne sera jamais possible, - soit un circuit additionnel dans le circuit électronique de commande 24 de manière à détecter une position anormale des relais, telle que le collage des relais sur une des bornes, à partir des informations de tension aux bornes de la résistance électrique de chauffage 18 du pot catalytique (liaison 30) et sur la borne négative de la batterie B2 (liaison 32). Le fonctionnement du dispositif d'alimentation qui vient d'être décrit est le suivant: A l'arrêt, les relais RE1 et RE2 sont en position (a) de sorte que les batteries B1 et B2 sont couplées en parallèle sur le réseau électrique 10: la résistance électrique de chauffage 18 du pot catalytique n'est pas alimentée. Lorsque la clé de contact passe en position APC (contact) et avant le démarrage (position DEM), les relais RE1 et RE2 passent en position (b) en cas de présence de l'information indiquant que le chauffage du pot catalytique est nécessaire et si la tension électrique du réseau est supérieure à une première valeur dite de consigne Vcl, par exemple Vcl=l1 volts. Dans cette position (b), les batteries B1 et B2 sont en série et alimentent la résistance électrique de chauffage 18 sous une tension de 24 volts. Cette alimentation sous 24 volts dure quelques dizaines de secondes grâce à un circuit de temporisation. Lorsque la clé de contact passe en position DEM, deux stratégies sont applicables. Dans une première stratégie, le relais RE2 passe en position (a) et le relais RE1 reste en position (b): la résistance électrique de chauffage 18 est alimentée par la batterie B2, ce qui permet de continuer le chauffage du pot catalytique sous une puissance réduite pendant la phase de démarrage. Cette position est maintenue tant que la tension du réseau électrique ne descend pas au-dessous d'une deuxième valeur de consigne Vc2, par exemple Vc2=7,5 volts et que le moteur n'a pas démarré. Dans une deuxième stratégie, les relais RE1 et RE2 passent en position (a) de sorte que les batteries B1 et B2 sont connectées en parallèle sur le réseau électrique et contribuent à l'alimentation du démarreur 14. Lorsque la clé revient en position APC (contact) et que le moteur a démarré, alors les relais RE1 et RE2 peuvent être dans les trois états suivants: (1) Les relais RE1 et RE2 sont en position (b) tant que la tension aux bornes du réseau électrique est supérieure à Vcl et que la durée de la temporisation n'est pas écoulée; (2) Les relais RE1 et RE2 sont en position (a) si le chauffage du pot catalytique est terminé ou si la tension du réseau électrique est inférieure à Vc2; (3) Le relais RE2 est en position (a) et le relais RE1 est en position (b). Dans le cas où la protection contre les courtcircuits est réalisée par le circuit électronique de commande à partir des informations de tensions relatives à la résistance électrique de chauffage 18 et à la borne négative de la batterie B2, les actions suivantes sont effectuées: - si le relais RE2 reste collé en position (a), le relais RE1 restera toujours dans la position (a) de sorte que les batteries B1 et B2 seront connectés en parallèle, - si le relais RE1 reste collé en position (a), le relais RE2 restera toujours dans la position (a) de sorte que les batteries B1 et B2 seront connectées en parallèle, - si le relais RE1 reste collé en position (b), le relais RE2 restera toujours dans la position (a) de sorte que la résistance électrique de chauffage (18) sera alimentée par la batterie B2, - si le relais RE2 reste collé en position (b), le relais RE1 restera toujours dans la position (b) de sorte que la résistance électrique de chauffage 18 sera alimentée par les deux batteries B1 et B2 en série. La description qui vient d'être faite de l'invention montre que le dispositif d'alimentation permet: - d'isoler le réseau 10 de la résistance électrique de chauffage 18 du pot catalytique et ainsi de recharger les batteries B1 et B2 en parallèle si les relais RE1 et RE2 sont en position (a), - d'alimenter la résistance électrique de chauffage 18 du pot catalytique par les deux batteries B1 et B2 en série, soit sous 24 volts, - d'alimenter la résistance électrique de chauffage 18 par une seule batterie B2, soit sous 12 volts, si le relais RE2 est en position (a) et le relais RE1 en position (b), ce qui permet de modifier la puissance de chauffage en pilotant uniquement le relais RE2 lorsque le relais RE1 est en position (b), - de chauffer le pot catalytique lorsque le moteur est à l'arrêt, ce qui permet de réduire les émissions de gaz polluants dès que le moteur est en marche, - de réduire le nombre de relais à deux par rapport aux cinq relais de l'art antérieur, et - de protéger la batterie B2 contre un éventuel court-circuit. L'invention a été décrite dans son application au chauffage d'un pot catalytique mais elle peut s'appliquer à d'autres éléments du réseau électrique tels que des résistances électriques de chauffage de l'air de l'habitacle du véhicule ou de l'eau de refroidissement du moteur. Par ailleurs, le circuit électrique de commande 24 a été représenté comme un élément séparé mais il peut être intégré dans le calculateur d'injection du véhicule automobile, auquel cas ces informations nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention sont connues du calculateur d'injection pour ses besoins propres. Dans une variante, la deuxième batterie B2 peut être remplacée par un supercondensateur. Il est clair que la température de l'élément à chauffer peut être remplacée par tout autre paramètre représentatif de la température de l'élément à chauffer. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation d'un réseau électrique (10) de véhicule automobile comportant une charge de forte puissance, telle qu'une résistance électrique de chauffage (18) d'un élément à chauffer, ledit réseau électrique (10) étant alimenté par une première batterie (B1) par l'intermédiaire d'une clé de contact, caractérisé en ce qu'il comprend: - une deuxième batterie (B2), - un premier relais (RE1) pour connecter la borne positive de la deuxième batterie (B2) soit à la borne positive de la première batterie (B1) , soit à l'une des bornes de la résistance électrique de chauffage (18) dont l'autre borne est connectée à la masse, - un deuxième relais (RE2) pour connecter la borne négative de la deuxième batterie (B2) soit à la masse, soit à la borne positive de la première batterie (B1), et - un circuit électronique de commande (24) pour fournir des signaux électriques de commande des premier et deuxième relais (RE1, RE2) en fonction de la température de l'élément à chauffer, des positions de la clé de contact et des tensions aux bornes du réseau électrique (10). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - le premier relais comprend deux bornes de contact (a) et (b) et un contact mobile, la borne (a) étant connectée à la borne positive de la première batterie (B1), la borne (b) étant connectée à une des deux bornes de la résistance électrique de chauffage (18) dont l'autre borne est connectée à la masse et le contact mobile étant connecté à la borne positive de la deuxième batterie (B2), et - le deuxième relais (RE2) comprend deux bornes de contact (a) et(b) et un contact mobile, la borne (a) étant connectée à la masse, la borne (b) étant connectée & la borne positive de la première batterie (B1) et le contact mobile étant connecté à la borne négative de la deuxième batterie (B2). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre un dispositif de protection de la deuxième batterie (B2) contre les court-circuits pouvant résulter des premier et deuxième relais (RE1, RE2). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de protection contre les court-circuits comprend un fusible (26) qui est connecté entre la borne positive de la première batterie (B1) et la borne positive de la deuxième batterie par l'intermédiaire du premier relais (RE1). 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de protection contre les court-circuits comprend une diode (28) dont l'anode est connectée à la borne positive de la première batterie (Bl) et dont la cathode est connectée à la borne positive de la deuxième batterie (B2) par l'intermédiaire du premier relais (RE1). 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de protection contre les court-circuits comprend un circuit électrique additionnel au circuit électrique de commande (24) pour fournir des signaux électriques de commande desdits relais (RE1 et RE2) à partir des mesures de tension (30, 32) aux bornes de la résistance électrique de chauffage (18) et sur la borne négative de la deuxième batterie (B2). 7. Dans un dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, un procédé de commande des premier et deuxième relais (RE1, RE2) caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant a: (C1) mettre les relais (RE1, RE2) en position (a) à l'arrêt de manière que les deux batteries soient connectées en parallèle, (C2) mettre les relais (RE1, RE2) en position (b) lorsque la clé de contact est en position de contact (APC) de manière que les deux batteries (B1, B2) soient connectées en série et alimentent la résistance électrique de chauffage = si la température de l'élément à chauffer est inférieure à un premier seuil T1, et = si la tension du réseau électrique (10) est supérieure à un premier seuil (Vcl), et (C3) mettre le deuxième relais (RE2) en position (a) lorsque la clé de contact est en position de démarrage (DEM) de sorte que seule la deuxième batterie (B2) alimente la résistance électrique de chauffage (18) tandis que la première batterie (B1) alimente le réseau électrique (10) tant que la tension aux bornes du réseau électrique n'est pas inférieure à un deuxième seuil (Vc2) et que le moteur n'a pas démarré. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape (C3) est remplacée par l'étape suivante consistant à: (C'3) mettre les premier et deuxième relais (RE1, RE2) en position (a) de manière que les première et deuxième batteries (B1, B2) soient connectées en parallèle et alimentent le réseau électrique (10). 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la température de l'élément à chauffer est remplacée par tout autre paramètre représentatif de la température de l'élément à chauffer.