Brevet FR2799905A1 — publié le 20010420

PROCEDE DE REGULATION D'UNE PUISSANCE MECANIQUE PRELEVEE PAR UN ALTERNATEUR L'invention concerne un procédé de régulation d'une puissance mécanique prélevée par un alternateur sur un moteur thermique. Une correction automatique de la puissance développée par le moteur thermique compense, dans le procédé selon l'invention, la puissance prélevée par l'alternateur. Dans les véhicules thermiques, les équipements électriques sont de plus en plus nombreux : on trouve notamment des organes dits de confort tels que pare- brise chauffant, la lunette arrière chauffante, les sièges chauffants... Cet accroissement du nombre 'équipements électriques entraîne naturellement une augmentation de la consommation en électricité du réseau électrique de bord. L'énergie électrique consommée par les équipements électriques est générée par un alternateur entraîné par le moteur thermique. L'alternateur délivre une puissance électrique variable qui dépend la consommation des équipements électriques en service à instant donné, et le cas échéant du niveau de charge de la batterie du véhicule. La puissance mécanique prélevée par l'alternateur sur le moteur thermique varie de la même manière que la puissance électrique générée par l'alternateur, au rendement de ce dernier près. Ainsi, toutes conditions figées par ailleurs, la puissance disponible aux roues dépend directement de la puissance générée par l'alternateur. Pour répondre à l'augmentation de la consommation électrique du réseau électrique de bord, la puissance des alternateurs augmente et l'amplitude de la puissance qu'ils prélèvent augmente également. Ceci a pour fâcheuse conséquence l'apparition de fluctuations de la puissance disponible pour entraîner les roues du véhicule. Le confort de conduite, et donc la satisfaction du conducteur, s'en trouvent directement affectés. Dans l'état de la technique, des solutions ont déjà été proposées pour éviter ces fluctuations : la demande de brevet japonais JP 10212985 propose une commande en couple du moteur thermique, qui prend en compte la puissance prélevée par l'alternateur. Aucune gestion des régimes transitoires n'est cependant prévue. Or un moteur thermique a un temps de réponse plus important que celui de l'alternateur et, par conséquent, les variations du débit de l'alternateur ne doivent pas être trop brutales sous peine que le couple moteur thermique ne suive pas de façon continue ces variations. Aucune solution n'est proposée pour gérer des variations brutales du débit de l'alternateur. De plus, une alimentation optimale des équipements électriques pendant les phases de régimes transitoires qui éviterait des chutes de tension dans le réseau électrique du véhicule n'est pas assurée. Or ces chutes de tension peuvent engendrer une dégradation des prestations assurées par les équipements électriques. Par ailleurs, la demande de brevet WO 98 39179 divulgue un système de pilotage de l'activation des équipements électriques de façon à augmenter progressivement le débit de l'alternateur. système proposé implique néanmoins une connaissance de l'ordre d'activation des équipements électriques, ce qui est très contraignant. Par ailleurs ce système prévoit une temporisation de l'activation des équipements électriques. Cette temporisation est indispensable dans le système décrit pour éviter une variation trop forte du débit de l'alternateur. Le confort dans 1 utilisation de ces équipements s'en trouve donc affectée. Un autre problème se pose dans l'état de la technique : le temps de réponse du moteur thermique commandé en couple dépend de l'amplitude de la variation de la consigne de couple. Dans le cas d'une variation importante, le décalage temporel entre la variation du couple prélevée par l'alternateur et la compensation effectuée par le moteur thermique pourrait entraîner des à-coups de couple aux roues. Le procédé selon l'invention pallie l'ensemble des inconvénients et problèmes qui viennent d'être exposés en prévoyant notamment une limitation des variations de puissance générée par l'alternateur aussi bien dans le sens des augmentations que des diminutions. Le procédé selon l'invention met par ailleurs en oeuvre des moyens pour compenser le déficit ou l'excédent de puissance électrique générée par l'alternateur afin d'éviter la perturbation du réseau électrique de bord du véhicule. Ainsi, la solution proposée permet d'éviter les fluctuations du couple disponible aux roues conséquentes aux variations de la puissance mécanique prélevée par l'alternateur sur le moteur thermique du fait de l'activation ou de la désactivation des équipements électriques de forte puissance. Selon l'invention, la puissance mécanique prélevée par l'alternateur est prise en compte dans la commande en couple du moteur thermique. La solution pallie également les problèmes du décalage temporel entre la variation quasi immédiate de la puissance consommée par les équipements électriques et la réponse plus lente du moteur thermique. Pour éviter que ce décalage entraîne temporairement des variations dans le couple disponible aux roues, le procédé selon l'invention permet de faire varier progressivement la puissance générée par l'alternateur. La puissance disponible pour les équipements électriques, et donc les prestations qu'ils assurent, ne sont pas affectées par ce procédé grâce à un accumulateur de puissance qui compense, le cas échéant, déficit de puissance généré par l'alternateur. Le même accumulateur de puissance permet d'éviter augmentations brusques du couple disponible aux roues dues à l'arrêt d'un équipement électrique Ainsi, puissance générée par l'alternateur est diminuée progressivement pour prendre en compte le temps de réponse de la commande en couple du moteur thermique. excédent de puissance électrique est alors généré durant cette phase transitoire. Cet excédent stocké l'accumulateur de puissance. Le procédé mis en oeuvre ne nécessite pas de surveiller ou de piloter individuellement des équipements électriques de puissance. L'impact de l'activation ou de la désactivation de ces équipements est géré de façon centralisée par une unité contrôle électrique superviseur qui contrôle le réseau électrique de bord. Par ailleurs, le procédé selon l'invention n'entraîne aucune inhibition ou retard dans l'activation d'un équipement électrique, assurant ainsi la qualité des prestations assurées ces équipements. L'invention concerne donc un procédé de régulation 'une puissance mécanique prélevée par un alternateur sur un moteur thermique caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à - déterminer, pour la variation d'une puissance électrique générée par l'alternateur, un seuil de variation maximale autorisé, - comparer le seuil de variation maximale autorisé à la variation instantanée de puissance electrique à générer par l'alternateur, - pour une variation instantanée de puissance electrique à génerer par l'alternateur non nulle inférieure ou égale au seuil de variation maximale autorisé, provoquer une variation immédiate de puissance électrique générée par l'alternateur pour obtenir la variation égale à la variation instantanee puissance électrique à générer par l'alternateur, - pour une variation instantanée de puissance electrique à générer par l'alternateur supérieure au seuil de variation maximale autorisé, faire varier progressivement la puissance électrique générée par 'alternateur sans jamais dépasser le seuil de variation maximale autorisé. Les différents aspects et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement dans la suite de description en référence aux figures qui ne sont données qu'à titre indicatif et nullement limitatif 'invention et qui sont à présent introduites - la figure 1 montre un schéma de principe d'un premier dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. - la figure 2 montre un schéma de principe d'un second dispositif pour mettre en oeuvre le procède selon l'invention. A la figure 1, un moteur à combustion interne est relié d'une part à une première unité de contrôle électronique 2 dite UCE moteur et d'autre part à une génératrice électrique 3 entraînée par le moteur ; cette génératrice électrique est appelée alternateur Une seconde unité de contrôle électronique 4 dite superviseur est reliée à la première unité de contrôle électronique 2 et à l'alternateur 3. LUCE superviseur 4 est par ailleurs connectée à un réseau électrique en tension continue 5, à un accumulateur électrique typé énergie 7, dite batterie d'énergie, et à un accumulateur électrique typé puissance 8 dit accumulateur de puissance. Des équipements électriques 6 appeles consommateurs sont connectés au réseau électrique en tension continue 5. Une partie ou la totalité des consommateurs 6 pourrait être connectés au réseau à travers un convertisseur non représenté la figure 1 LUCE moteur 2 permet la commande en couple du moteur. LUCE superviseur 4 comprend notamment le redresseur de l'alternateur 3. L'alternateur 3 peut être un alternateur standard, une machine réversible alterno- démarreur, ou encore un alterno-démarreur intégré au volant d'inertie du moteur. La batterie d'énergie 7 est destinée à alimenter les consommateurs 6 si l'alternateur 3 est dans l'impossibilité le faire. C'est le cas notamment quand l'alternateur 3 est saturé ou quand le moteur 1 est arrêté. L'accumulateur de puissance 8 est capable de fournir des puissances plus élevées que la batterie d'énergie 7, mais avec une capacité de stockage d'énergie nettement plus réduite. L'accumulateur de puissance 8, qui est connecté au réseau via PUCE superviseur 4, peut être par exemple une supercapacité. Selon le procédé mis en oeuvre par l'invention, la variation de la puissance électrique générée par l'alternateur 3 est limitée par un seuil de variation maximale autorisé. Ce seuil de variation maximale autorisé est déterminé en prenant en compte certaines conditions de fonctionement du moteur thermique comme la vitesse de rotation. Trois cas de fonctionnements du dispositif décrit à la figure 1, correspondant respectivement à une augmentation, à une diminution et à un état stable de la puissance à générer par l'alternateur 3 sont à présent décrits. La variation de la puissance électrique à générer par l'alternateur 3 sera désignée par une première variable non signée Varalt, et le seuil de variation maximale autorisé sera désigné par une deuxième variable non signée Varaltmax. Une augmentation de la puissance électrique à générer par l'alternateur 3 est le plus souvent due à l'activation d'un nouveau consommateur 6 ou à un changement des conditions de fonctionnement d consommateur 6 déjà en service. Cette augmentation peut également être due à la charge de la batterie d'énergie 7 dans le cas ou une commande qui permettrait l'inhibition où l'autorisation de cette charge prévue diminution de la puissance électrique a générer par l'alternateur 3 est le plus souvent due à l'arret d'un consommateur 6 ou à un changement des conditions de fonctionnement d'un consommateur 6 déjà en service. Cette diminution peut également être à la diminution de la charge acceptée par la batterie d'énergie 7. Cependant cette dernière diminution relativement faible sauf dans le cas d'un pilotage permettrait l'inhibition ou l'autorisation de cette charge. Dans le cas d'une augmentation de la puissance électrique à générer par l'alternateur 3, fonctionnement du dispositif de la figure 1 est le suivant - Si Varalt est strictement supérieure à Varaltmax, alors la puissance électrique générée par l'alternateur est progressivement augmentée, en respectant la variation maximale autorisée Varaltmax, afin de satisfaire la demande d'augmentation de valeur Varalt. déficit de puissance électrique générée par l'alternateur 3 est compensé par l'accumulateur de puissance 8. Si l'accumulateur de puissance 8 est déchargé alors cette compensation est effectuée par la batterie ; cette dernière possibilité constitue cependant un cas de fonctionnement dégradé. - Varalt est non nulle et inférieure ou égale à Varaltmax, alors la puissance électrique générée par l'alternateur 3 est immédiatement augmentée pour satisfaire la demande d'augmentation de valeur Varalt. Si la puissance électrique générée par l'alternateur 3 atteint la puissance maximale qui peut être générée par ce dernier, alors aucune compensation n'est effectuée par l'accumulateur de puissance 8. Dans ce cas les consommateurs 6 sont alimentés par l'alternateur 3 et la batterie d'énergie 7. Dans le cas d'une diminution de la puissance électrique à générer par l'alternateur 3 le fonctionnement du dispositif de la figure 1 le suivant - Varalt est strictement supérieure à Varaltmax alors la puissance électrique générée par l'alternateur 3 est progressivement diminuée en respectant la variation maximale autorisée Varaltmax, afin de satisfaire la demande de diminution de la puissance électrique de valeur Varalt. L'excédent de puissance électrique générée par l'alternateur 3 sert à recharger l'accumulateur de puissance 8. - Si Varalt est inférieure ou égale à Varaltmax, alors la puissance électrique générée par l'alternateur 3 est immédiatement diminuée pour satisfaire la demande de diminution de la puissance électrique de valeur Varalt. Dans le cas d'une stabilité de la puissance électrique générée par l'alternateur 3, ce dernier alimente les consommateurs 6 s'il n'est pas sature. Si l'alternateur 3 est saturé, la batterie d'énergie 7 participe l'alimentation des consommateurs 6. Dans les trois cas de fonctionnement qui viennent d'être exposés, le contrôle de l'alternateur 3 le contrôle de l'accumulateur de puissance 8 sont assurés par PUCE superviseur 4. LUCE superviseur 4 contrôle l'ensemble des opérations du procédé. Avec le fonctionnement qui vient d'être décrit, la puissance mécanique prélevée par l'alternateur 3 peut être totalement prise en compte dans la commande du moteur thermique 1. La figure 2 montre un second dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. La figure 2 est identique à la figure 1 la différence que la batterie d'énergie 7 et l'accumulateur de puissance 8 ont étés remplacés un accumulateur électrique 9 typé énergie et puissance. L'accumulateur électrique 9 typé énergie et puissance est connecté à PUCE superviseur 4. I1 présente un bon compromis énergie spécifique / puissance spécifique I1 est destiné à alimenter les consommateurs 6 si l'alternateur 3 est dans l'impossibilité de le faire. L'accumulateur électrique 9 typé énergie et puissance est par ailleurs susceptible de fournir ou de recevoir des puissances sensiblement plus élevées par comparaison à une batterie d'énergie de même volume du type de la batterie d'énergie présente dans le dispositif de figure 1. Le fonctionnement du dispositif de la figure 2 est sensiblement le même que celui de la figure 1. Par conséquent, seuls les cas de figure ou une différence de fonctionnement est présente sont décrits. Dans le cas d'une augmentation de la puissance électrique à générer par l'alternateur, alors - Varalt est strictement supérieure à Varaltmax le déficit de puissance électrique générée par l'alternateur 3 est compensé par l'accumulateur électrique 9 typé énergie et puissance. - Si Varalt est non nulle et inférieure ou égale à Varaltmax, les consommateurs 6 sont alimentés par l'alternateur 3 et par l'accumulateur électrique 9 typé énergie et puissance dans le cas ou puissance électrique générée par l'alternateur 3 atteint la puissance maximale qui peut être génerée par ce dernier. Dans le cas d'une diminution de puissance électrique à générer par l'alternateur, et si Varalt est strictement supérieur à Varaltmax, excédent de puissance électrique générée par l'alternateur 3 sert à recharger l'accumulateur électrique 9 type énergie et puissance Dans le cas d'une stabilité de puissance électrique générée par l'alternateur 3, ce dernier, s'il n'est pas saturé, alimente les consommateurs 6 et le cas échéant l'accumulateur électrique 9 typé énergie et puissance. Si l'alternateur 3 saturé, l'alternateur 3 et l'accumulateur électrique 9 typé énergie puissance alimentent simultanement les consommateurs. Par ailleurs, dans le cas du dispositif décrit à la figure 2, l'augmentation, respectivement la diminution, de puissance électrique de valeur Varalt peut être également due, totalement ou partiellement, à la recharge, respectivement à l'arrêt de recharge ou à une diminution de la puissance de recharge, de l'accumulateur électrique 9 typé énergie puissance. Cette recharge ou cet arrêt de la recharge, est contrôlée suivant un fonctionnement connu ailleurs. Dans le cas d'une augmentation de puissance électrique de valeur Varalt, l'alimentation des consommateurs est prioritaire. La recharge, respectivement diminution de la puissance électrique de recharge de l'accumulateur électrique 9 typé énergie et puissance n'est assurée que si l'augmentation, respectivement la diminution, de la puissance électrique à fournir par l'alternateur 3 ne dépasse pas une variation de puissance électrique de valeur Varaltmax. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de régulation d'une puissance mécanique prélevée par un alternateur (3) sur un moteur thermique (1) caractérisé en ce qu'il comprend étapes consistant à - déterminer, pour la variation d'une puissance électrique générée par l'alternateur (3), un seuil de variation maximale autorisé (Varaltmax), - comparer le seuil de variation maximale autorisé (Varaltmax) à la variation instantanée de puissance électrique (Varalt) à générer par l'alternateur (3), - pour une variation instantanée de puissance électrique (Varalt) à générer par l'alternateur (3) non nulle et inférieure ou égale au seuil de variation maximale autorisé (Varaltmax), provoquer une variation immédiate de la puissance électrique générée par 'alternateur (3) pour obtenir la variation égale à la variation instantanée de puissance électrique (Varalt) générer par l'alternateur (3), - pour une variation instantanée de puissance électrique (Varalt) à générer par l'alternateur (3) supérieure au seuil de variation maximale autorisé (Varaltmax), faire varier progressivement la puissance électrique générée par l'alternateur (3) sans jamais dépasser le seuil de variation maximale autorisé (Varaltmax). 2. Procédé de régulation d'une puissance mécanique prélevée par un alternateur (3) sur un moteur thermique 1) selon la revendication 1 caractérisé en ce dans le cas d'une augmentation de la puissance électrique à générer par l'alternateur (3), et pour une variation instantanée de puissance électrique (Varalt) à générer par l'alternateur (3) supérieure au seuil de variation maximale autorisé (Varaltmax), un déficit de puissance généree par l'alternateur (3) est compensé par un accumulateur de puissance (8). . Procédé de régulation d'une puissance mécanique prélevée par un alternateur (3) sur un moteur thermique (1) selon la revendication 2 caractérisé en que en cas décharge de l'accumulateur de puissance (8), le déficit de puissance électrique généree par l'alternateur (3) est compensé par une batterie d'énergie (7) . 4. Procédé de régulation d'une puissance mécanique prélevée par un alternateur (3) sur un moteur thermique (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce dans le cas d'une diminution de la puissance électrique à générer par l'alternateur (3), et pour une variation instantanée de puissance électrique (Varalt) à genérer par alternateur (3) supérieure au seuil de variation maximale autorisé (Varaltmax), un accumulateur de puissance (8) est rechargé par un excédent de puissance généree par l'alternateur (3). .Procédé de régulation d'une puissance mécanique prélevée par un alternateur (3) sur un moteur thermique (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que dans le d'une augmentation de la puissance à générer par l'alternateur, et pour une variation instantanée de puissance électrique (Varalt) à générer par l'alternateur (3) supérieure au seuil de variation maximale autorisé (Varaltmax), le déficit de puissance génére par l'alternateur est compensé par un accumulateur électrique (9) typé énergie et puissance. 6.Procédé de régulation d'une puissance mécanique prélevée par un alternateur (3) sur un moteur thermique (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que dans le cas d'une diminution de la puissance à générer par l'alternateur (3), et pour une variation instantanée de puissance électrique (Varalt) à générer par l'alternateur (3) supérieure au seuil de variation maximale autorisé (Varaltmax), l'excédent de puissance généré par l'alternateur (3) sert recharger l'accumulateur électrique (9) typé énergie et puissance. 7 Procédé de régulation d'une puissance mécanique prélevée par un alternateur (3) sur un moteur thermique (1) selon la revendication 1 caractérisé ce que dans le d'une variation instantanée de puissance électrique (Varalt) nulle, des consommateurs électriques (6) sont alimentés par l'alternateur (3) si l'alternateur (3) n'est pas saturé. Procédé de régulation d'une puissance mécanique prélevée par un alternateur (3) sur un moteur thermique (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que des consommateurs électriques (6) sont alimentés simultanément par un accumulateur électrique (9) typé énergie et puissance et par l'alternateur (3) si l'alternateur (3) est saturé. 9.Procédé de régulation d'une puissance mécanique prélevée par un alternateur (3) sur un moteur thermique (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que une unité de contrôle électronique (4) contrôle l'ensemble des opérations du procédé.