Brevet FR2810166A1 — publié le 20011214

DISPOSITIF D'ALIMENTATION ELECTRIQUE DES MOYENS MOTEURS DE PROPULSION D'UN VEHICULE ELECTRIQUE L'invention concerne un dispositif d'alimentation électrique des moyens moteurs de propulsion d'un véhicule électrique. Un des freins au développement des véhicules à propulsion électrique reside dans la faible autonomie de tels véhicules fonction de la seule charge initiale des accumulateurs embarqués dans ces derniers. tels accumulateurs n'offrent en effet qu'une autonomie de l'ordre d'une centaine de kilomètres nécessitent, en outre, une immobilisation du véhicule pendant plusieurs heures en vue de leur recharge. Pour ces raisons, et dans la pratique, les véhicules à propulsion électrique sont uniquement destinés à être utilisés en cycle urbain. La présente invention vise à pallier cet inconvénient pour objectif essentiel de fournir un dispositif d'alimentation électrique pour véhicule à propulsion 'lectrique, conduisant à augmenter de façon notable l'autonomie tels véhicules et à permettre leur utilisation en cycle routier. A cet effet, l'invention vise un dispositif d'alimentation électrique des moyens moteurs de propulsion d'un véhicule électrique, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison - trois ensembles de batteries dits premier, deuxième et troisième ensemble, dont les premier et deuxième ensembles sont connectes en parallèle et reliés aux moyens moteurs en vue de l'alimentation de ces derniers, - des moyens de production de courant électrique entrainés par des organes tournants du véhicule et reliés aux ensembles de batteries de façon à permettre de charger ces derniers lors des déplacements dudit véhicule, - des moyens de commutation associés aux premier et deuxième ensembles de batteries, adaptés pour positionner de façon alternative un desdits ensembles en état de charge par les moyens de production de courant et l'autre ensemble en état de décharge d'alimentation des moyens moteurs, - des moyens de contrôle de l'état de charge des ensembles de batteries aptes part à permettre une commutation des premier et deuxième ensemble de batteries lorsque la charge de l'ensemble de batteries état de décharge devient inférieure à un seuil prédéterminé, et d'autre part à commander l'interruption de charge des ensembles de batteries lorsque cette dernière atteint un seuil supérieur 'déterminé, - des moyens de recharge électrique alimentés par troisième ensemble de batteries et reliés aux premier et deuxième ensembles de batteries par l'intermédiaire moyens de commutation, - et des moyens d'interruption disposés de façon a autoriser d'une part la charge par les moyens de production de courant d'un des premier ou second ensemble de batteries, et du troisième ensemble de batteries lors des déplacements du véhicule, et d'autre part la charge par les moyens de recharge alimentés par le troisième ensemble de batteries, d'un des premier ou second ensemble de batteries lorsque le véhicule est à l'arrêt. Selon l'invention, et en premier lieu, le dispositif d'alimentation comprend un premier et un deuxième ensembles de batteries branchés en parallèle et agencés, de façon alternative, afin que, lors du déplacement du véhicule, un desdits ensembles alimente les moyens moteurs de propulsion du véhicule, tandis que l'autre ensemble se recharge grâce à la présence des moyens de production de courant électrique. Cette première disposition contribue à elle seule à augmenter de façon notable l'autonomie du véhicule par rapport à celle des véhicules actuels. De plus, ce dispositif comprend, en outre, un troisième ensemble de batteries agencé lui aussi pour se charger durant les déplacements du véhicule et pour recharger, grâce aux moyens de recharge, l'un des deux premiers ensembles de batteries, lorsque le moteur est à l'arrêt, moteur allumé ou arrêté. La combinaison de ces deux dispositions conduit à l'obtention d'un véhicule 'lectrique de grande autonomie compatible avec un usage routier. Selon un mode de réalisation avantageux chaque ensemble de batteries comprend au moins deux batteries branchées en parallèle, de façon à obtenir un courant de tension égale à la tension de chacune des batteries et d'ampérage égal à la somme des ampérages desdites batteries. De plus et de façon avantageuse, les moyens de commutation comprennent interrupteur inverseur double électronique commandé par les moyens de contrôle des premier et deuxième ensembles de batteries. Selon une variante avantageuse de réalisation, moyens de visualisation peuvent également comprendre un interrupteur inverseur double à actionnement manuel, les moyens de contrôle de l'état de charge premier et deuxième ensemble de batteries comprenant un témoin visuel de signalisation du seuil inférieur de charge desdits ensembles. Dans l'un et l'autre cas, ces moyens commutation comprennent, en outre, avantageusement pour chacun des premier et deuxième ensembles de batteries, deux interrupteurs actionnés par l'interrupteur inverseur double et connectés de façon, pour l'un desdits interrupteurs, ' positionner l'ensemble de batteries associé en état de décharge et, pour l'autre interrupteur, l'autre ensemble de batteries en état de charge, ce dernier interrupteur étant associé aux moyens de contrôle de l'état de charge de cet autre ensemble de batteries. Selon un autre mode de réalisation avantageux, les moyens d'interruption comprennent au moins un premier interrupteur asservi au fonctionnement des moyens de production de courant de façon à etre commuté lors de l'arrêt de ces derniers, et un second interrupteur disposé en sortie du troisième ensemble de batteries et asservi aux moyens de contrôle de l'état charge des premier et deuxième ensembles de batteries, de façon à n'être actif que lorsque la charge desdits premier ou deuxième ensembles en état de charge est inférieure au seuil supérieur de charge. Les moyens de contrôle des premier et deuxième ensembles de batteries comprennent quant à eux avantageusement pour chacun desdits ensembles, interrupteur électronique doté de deux relais de puissance respectivement d'alimentation de l'ensemble de batteries et d'actionnement second interrupteur moyens d'interruption. Selon un autre mode de réalisation avantageux, les premier et second interrupteurs consistent en des relais et le dispositif comprend une diode de puissance placée sur l'enroulement, côté positif de chaque premier interrupteur, et destinée à éviter une tension inverse des premier et second ensemble de batteries qui aurait pour conséquence de créer un court-circuit lorsque marche arrière est enclenchée. Selon un autre mode de réalisation avantageux, les moyens de production de courant comprennent deux unités distinctes production reliées respectivement aux premier et deuxième ensembles de batteries et au troisième ensemble de batteries, les moyens d'interruption comprenant deux premiers interrupteurs asservis respectivement à chacune des unités de production. De plus, ces moyens de production de courant comprennent avantageusement au moins un générateur de courant, et pour chacun desdits générateurs, une diode de puissance disposée en sortie de ce dernier, ladite diode etant destinée à empêcher le fonctionnement du générateur en moteur électrique. Les moyens de recharge électrique peuvent quant à eux comprendre avantageusement - soit un convertisseur disposé de façon 'faire fonctionner un chargeur, - soit un moteur basse tension disposé façon à entrainer un alternateur. Le dispositif selon l'invention comprend, par ailleurs, avantageusement des moyens de connexion avec un chargeur électrique externe et moyens de liaison électrique desdits moyens de connexion avec les trois ensembles de batteries, lesdits moyens de liaison comportant un organe d'interruption apte à couper les moyens de contrôle desdits ensembles de batterie et à actionner un interrupteur disposé de façon à couper l'alimentation des moyens de recharge, e un organe de contrôle de l'état de charge des ensembles de batteries apte à couper l'alimentation lorsque ces ensembles de batteries présentent un état charge égal au seuil supérieur de charge. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins - la figure 1 est un schéma synoptique général simplifié dispositif d'alimentation conforme à l'invention, - et la figure 2 est un schéma électronique détaillé de dispositif. Le dispositif représenté aux figures est destiné à l'alimentation des moyens moteurs de propulsion d'un véhicule électrique, et vise à conférer autonomie accrue à ce véhicule. Ce dispositif comprend en premier lieu trois ensembles de batteries B1, B2, B3 composés chacun de deux ou plusieurs batteries 12 V/100 A branchées en parallèle, et munis chacun d'un interrupteur électronique IE1, IE2, (représentés ' la figure 2) de contrôle et de gestion de l'état de charge des batteries. En outre, les deux premiers ensembles de batteries B1, B2 sont destinés à l'alimentation, de façon alternative, des moyens de propulsion "Moteur" du véhicule 'lectrique. A cet effet, ces deux ensembles de batteries B1, B2 sont branchés en parallèle, et leur commutation est commandée par un interrupteur inverseur double CD gérant l'enclenchement de quatre relais 1, 2, 3, 4 affectés paires (1, 2), (3, 4) aux deux ensembles de batteries B1, B2. Le dispositif selon l'invention comprend, en outre, deux générateurs 1 16 entraînés par un des organes tournants, par exemple un des essieux du véhicule et adaptés pour recharger respectivement, d'une part alternativement l'un et l'autre ensemble de batteries B1, B2 et, d'autre part, le troisième ensemble de batteries B3, lorsque le véhicule se déplace. Ces deux générateurs 15, 16 sont reliés respectivement aux deux ensembles de batteries B1, B2 et à l'ensemble de batteries B3 par l'intermédiaire d'une liaison' sur laquelle est interposé un relais de puissance respectivement 5 bis connecté de façon à être excité et à permettre la recharge des ensembles de batteries lorsque lesdits générateurs sont actifs. De plus, une diode de puissance 17 est disposée en sortie de chacun des générateurs 15, 16 en vue d'empêcher le fonctionnement ces derniers en moteur électrique. Une diode de puissance 24, 25 est également disposée sur chaque enroulement, du côté positif, de chaque relais de puissance 5 bis afin d'éviter une tension inverse des ensembles de batteries B1, B2, et la création d'un court-circuit lorsque la marche arrière est enclenchée. L'ensemble de batteries B3 est quant à lui destine à permettre de recharger l'ensemble de batteries B 1 ou B2 en état de charge, lorsque le véhicule est à l'arrêt. A cet effet, le dispositif de l'invention comprend un convertisseur 13 et un chargeur 14 disposés de façon à être nvs fonction par l'ensemble de batteries B3, par l'intermédiaire d'un relais de puissance 8 interposé entre ledit ensemble de batteries B3 et ledit convertisseur 13. En outre, cette liaison électrique intègre un disjoncteur E. L'actionnement de ce relais 8 est, en outre géré par les interrupteurs électroniques IEl, IE2 qui intègrent à cet effet deux relais respectivement 9, 10 et 11, 12 - un relais 9, 11 adapté pour autoriser la recharge de l'ensemble de batteries B1, B2 associé, - un relais 10, 12 adapté pour actionner le relais 8 de façon à fermer contacts de ce dernier. Le dispositif selon l'invention comprend, enfin, des moyens d'interruption adaptés pour permettre de recharger les trois ensembles de batteries B i, au moyen d'un chargeur extérieure 21. Tel que représenté à la figure 2, ces moyens d'interruption comprennent en premier lieu, un relais 6 adapté pour ouvrir tous les contacts et notamment déconnecter les trois interrupteurs électroniques IE1, IE2, IE3, autorisant la recharge des trois ensembles de batteries B1, B2, B3 par le chargeur extérieur 21. Ces moyens d'interruption comprennent en outre un interrupteur électronique IE4 de contrôle de l'état de charge des ensembles de batteries B1, B2, B3. Ils comprennent enfin un relais 7 adapté pour être excité par le relais et disposé de façon à interdire le fonctionnement du convertisseur durant cette phase de recharge. Il est à noter, en outre, que tel que représenté à la figure 2, ce relais est disposé de façon que lorsque 1e véhicule est arrêté, et en l'absence de chargeur extérieur, la tension des éléments de batterie B3 puisse alimenter des ensembles de batteries B1 ou B2 via les contacts repos dudit relais. Le fonctionnement du dispositif d'alimentation selon l'invention est décrit ci-après. Lors du démarrage initial du véhicule, les ensembles de batteries , B2, B3 étant en état de charge maximal, l'interrupteur inverseur double est basculé sur C, de sorte que les relais 1 et 2 s'enclenchent. Le relais 1 permet alors à l'ensemble de batteries B 1 d'alimenter les moyens de propulsion du véhicule tandis que le relais 2 autorise la recharge de l'ensemble de batteries B2, toutefois bloquée par l'interrupteur électronique IE2 du fait de la charge maximale de cet ensemble de batteries B2. Lorsque l'ensemble de batteries B 1 se trouve à son état de charge minimal détecté par l'interrupteur électronique MI, l'interrupteur inverseur double est basculé sur D. Il est à noter à cet effet que ce basculement peut être automatique moyennant l'utilisation d'un interrupteur CD électronique. Ce basculement peut également être effectué manuellement si l'interrupteur CD est à commande manuelle. Dans ce cas, un voyant associé aux interrupteurs électroniques IE2 signale à l'usager l'état de charge minimal de l'ensemble de batteries B1, B2 correspondant. Une fois ce basculement effectué, l'alimentation moyens propulsion est effectué à partir de l'ensemble de batteries B2. Ce basculement entraîne en effet, et en premier lieu, l'enclenchement du relais 4 qui permet à l'ensemble de batteries B2 d'alimenter les moyens de propulsion, via un shunt 18 et ampèremètre 20. Simultanément, le relais 3 est également enclenché et permet recharger l'ensemble de batteries B 1 au moyen du générateur 15 excite le relais 5, l'interrupteur électronique IE1 assurant le contrôle de l'état de charge dudit ensemble de batteries B1. Les cycles de charge et de décharge des ensembles batteries B1, B2 se poursuivent ainsi tant que le véhicule roule, contrôlés par les interrupteurs électroniques IE1, IE2. Parallèlement, lors d'un arrêt du véhicule, les générateurs 15, 16 ne fournissant plus de tension, les relais 5 et 5 bis ne sont plus excités. Les contacts de repos de ces relais autorisent alors l'alimentation de l'ensemble de batteries B1 ou B2 en état de charge par l'ensemble de batteries B3 via le convertisseur 13 et le chargeur 14. Cette recharge est gérée par l'interrupteur électronique IE 1 ou IE2 associé à cet ensemble de batteries B 1 ou B2, dont le relais 10 ou 12 actionne le relais 8 de façon à fermer les contacts de ce dernier et à permettre l'alimentation de l'ensemble de batteries B1 ou B2 en état de charge. Par ailleurs, suite à un arrêt du véhicule et donc à une décharge partielle ou totale de l'ensemble de batteries B3, ce dernier est à nouveau rechargé lors du redémarrage du véhicule par l'intermédiaire du générateur 16 qui excite le relais S bis, le relais 5 lui-même excité coupant le fonctionnement du convertisseur 13. REVENDICATIONS 1/ -'Dispositif d'alimentation électrique des moyens moteurs de propulsion d'un véhicule électrique, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison -trois ensembles de batteries (B1, B2, B3) dits premier, deuxième et troisième ensemble, dont les premier et deuxième ensembles (B1, B2) sont connectés en parallèle et reliés aux moyens moteurs en vue de l'alimentation de ces derniers, - des moyens de production de courant électrique (15, entraînés par des organes tournants du véhicule et reliés aux ensembles de batteries (B1, B2, B3) façon à permettre de charger ces derniers lors des déplacements dudit véhicule, - des moyens de commutation (CD, 1-4) associés aux premier et deuxième ensembles de batteries (B1, B2), adaptés pour positionner de façon alternative un desdits ensembles en état de charge par les moyens de production courant (15, et l'autre ensemble en état de décharge d'alimentation des moyens moteurs, - des moyens de contrôle (IE1, IE2, IE3) de l'état de charge ensembles batteries (B1, B2, B3) aptes d'une part à permettre une commutation des premier et deuxième ensemble de batteries (B1, B2) lorsque la charge de l'ensemble de batteries en état de décharge devient inférieure à un seuil prédéterminé, et d'autre part à commander l'interruption de la charge des ensembles de batteries (B1, B2, B3) lorsque cette dernière atteint un seuil supérieur prédéterminé, - des moyens de recharge électrique (13, 14) alimentés par le troisième ensemble de batteries (B3) et reliés aux premier et deuxième ensembles de batteries (B1, B2) par l'intermédiaire des moyens de commutation (CD, 1-4), - et des moyens d'interruption (5, 5 bis, 8) disposés de façon à autoriser d'une part la charge par les moyens de production de courant (15, 16) d'un des premier ou second ensemble de batteries (B1, B2), et du troisième ensemble de batteries (B3) lors des déplacements du véhicule, et d'autre part la charge par les moyens de recharge (13, 14) alimentés par le troisième ensemble de batteries (B3), d'un des premier second ensemble de batteries (BI, B2) lorsque le véhicule à l'arrêt. 2/ - Dispositif d'alimentation électrique selon la revendication 1, caractérisé en que chaque ensemble de batteries (B1, B2, B3) comprend moins deux batteries branchées en parallèle. 3/ - Dispositif d'alimentation électrique selon l'une revendications 1 2, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent un interrupteur inverseur double électronique (CD) commandé par les moyens de contro (#l, IE2) des premier et deuxième ensembles de batteries (B1, B2). 4/ - Dispositif d'alimentation électrique selon l'une des revendications ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent un interrupteur inverseur double (CD) à actionnement manuel, les moyens de contrôle (#I, IE2) de l'état de charge des premier et deuxième ensemble de batteries (B1, B2) comprenant un témoin visuel de signalisation du seuil inférieur de charge desdits ensembles. 5/ - Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent pour chacun des premier et deuxième ensembles de batteries (B1, B2), deux interrupteurs (1-4) actionnés par l'interrupteur inverseur double (CD) et connectés de façon, pour l'un desdits interrupteurs (1, 4), à positionner l'ensemble de batteries (B1, B2) associé en état de décharge et, pour l'autre interrupteur (2, 3), l'autre ensemble de batteries (B2, BI) en état de charge, ce dernier interrupteur (2, 3) étant associé aux moyens de contrôle (IE2, IE1) de l'état de charge de cet autre ensemble de batteries (B2, B1). 6/-Dispositif d'alimentation électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'interruption comprennent au moins un premier interrupteur (5, 5 bis) asservi au fonctionnement des moyens (15, 16) de production de courant de façon à être commuté lors de l'arrêt de ces derniers, et un second interrupteur (8) disposé en sortie du troisième ensemble de batteries (B3)et asservi aux moyens de contrôle (IE1, IE2) de l'état de charge des premier et deuxième ensembles de batteries (B1, B2), de façon à n'être actif que lorsque la charge desdits premier ou deuxième ensembles en état de charge est inférieure au seuil supérieur de charge. 7/ - Dispositif d'alimentation électrique selon la revendication caractérisé en ce que les moyens de production de courant comprennent deux unités distinctes de production (15, 16) reliées respectivement aux premier et deuxième ensemble de batteries (B1, B2) et au troisième ensemble de batteries (B3), moyens d'interruption comprenant deux premiers interrupteurs (5, 5 bis) associés respectivement à chacune des unités de production (15, 16). 8/ - Dispositif d'alimentation électrique selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens de contrôle des premier deuxième ensembles de batteries (B1, B2) comprennent, pour chacun desdits ensembles, un interrupteur électronique doté de deux relais de puissance (9- respectivement d'alimentation de l'ensemble de batteries (B1, B2) et d'actionnement du second interrupteur (8) des moyens d'interruption. 9/ - Dispositif d'alimentation électrique selon l'une revendications 6 à 8 dans lequel les premier (5, 5 bis) et second (8) interrupteurs sont des relais de puissance caractérisé en ce qu'il comprend un diode de puissance 25) placée sur l'enroulement, côté positif; de chaque premier interrupteur 5 bis). 10/ - Dispositif d'alimentation électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de production de courant comprennent au moins un générateur de courant (15, 16), et pour chacun desdits générateurs, une diode de puissance (17) disposée en sortie de ce dernier 4). 11/ - Dispositif d'alimentation électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de recharge électrique comprennent un convertisseur (13) disposé de façon à faire fonctionner un chargeur (14). 12/ - Dispositif d'alimentation électrique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens de recharge électrique comprennent un moteur basse tension disposé de façon à entraîner un alternateur. 13/ - Dispositif d'alimentation électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en qu'il comprend des moyens de connexion avec un chargeur électrique externe (21) et des moyens de liaison électrique desdits moyens de connexion avec trois ensembles de batteries (B1, B2, B3), lesdits moyens de liaison comportant organe d'interruption (6) apte à couper les moyens de contrôle (IEl, IE2, IE3) desdits ensembles de batterie et à actionner un interrupteur (7) disposé de façon à couper l'alimentation des moyens de recharge (13,14), et un organe de contrôle (IE4) de l'état de charge des ensembles de batteries (B1, B2, B3) apte à couper l'alimentation lorsque ces ensembles de batteries présentent un état de charge égal au seuil supérieur de charge.