Brevet FR2829632A1 — publié le 20030314

un flasque suivant l'une des revendications précédentes. Description La présente invention concerne un système d'alimentation en énergie électrique pour alimenter les consommateurs électriques avec au moins deux accumulateurs d'énergie électrique, un circuit pour relier s les accumulateurs d'énergie électrique (batterie) par un réseau de courant électrique continu au consommateur et au moins un générateur d'énergie. Un tel réseau d'alimentation électrique est de préférence installé comme réseau embarqué dans des véhicules. Le document US-4 056 764 décrit un système o d'alimentation en énergie à deux batteries branchées en parallèle et ayant les caractéristiques différentes ainsi qu'un ctrcuit de commutation à limi tation d'intensité qui branche une batterie. Le document US-5 316 868 décrit un ctrcuit de commuta tion pour relier électriquement une batterie primaire et une batterie se s condaire à une charge et une unité de commande qui branche la batterie secondaire au cas o il faut fournir une puissance électrique supplémen taire. Le document EP-O 363 356-B1 décrit une alimentation en tension avec un transformateur continu/continu pour des appareils élec o troniques en particulier des appareils équipant des véhicules et concer nant la sécurité, selon lequel des groupes d'appareils ou à chaque appareil séparé est associé un ctrcuit d'alimentation distinct avec une source de tension auxiliaire indépendante; en cas de perturbation du ctrcuit d'alimentation cette source maintient l'alimentation électrique de l'appareil électrique correspondant. Le doeument EP-O 398 691-B1 décrit un système de distri bution d'énergie. Dans ce système, en fonction de la présence ou de l'absence d'état physique, par exemple la montée d'un conducteur dans le véhicule, on réalise une liaison électrique entre une première et une se so conde source d'énergie pendant une certaine durée. Le document US-5 844 325 décrit un système de batteries multiples dont la commande par un commutateur permet de relier les mêmes pôles de deux batteries, les uns aux autres et un second commu tateur interrompt l'alimentation des consommateurs auxiliaires. Le document DE-198 55 245-A1 décrit une alimentation en tension, redondante pour des consommateurs électriques reliés à un ré seau embarqué dans un véhicule notamment des freins à commande électrique, avec un générateur qui alimente deux branches de tension, sé parées par découplage galvanique par l'intermédiaire d'un transformateur de tension en continu; ces installations pouvant être reliées chaque fois à un accumulateur de tension et aux consommateurs électriques, entre chaque batterie et la branche de tension correspondante et entre chaque s batterie et le consommateur, il y a des éléments de commutation qui sont conducteurs à l'état normal. Le document DE-19 95 11 28-A2 décrit un procédé de ré- gulation de la tension dans un réseau embarqué dans un véhicule. Ce ré- seau comporte deux batteries qui se chargent avec un générateur et o servent à l'alimentation de consommateurs. Ces batteries peuvent être re- liées par un convertisseur de tension d'une installation de commande et l'unité de commande reçoit des informations caractéristiques du moteur ou du réseau embarqué. Ces informations sont traitées par un micro- ordinateur et la puissance de charge de la batterie de démarrage est s adaptée aux prises de puissance variant dans le temps des consomma- teurs électriques et de la puissance fournie par le générateur ou la charge de sortie du générateur et qui varie également en fonction de la vitesse de rotation du moteur. Dans ces systèmes d'alimentation en énergie connus à deux o batteries, il n'est pas possible ou cela ne l'est que de manière limitée, d'assurer une gestion précise des batteries pour éviter des défaillances systématiques par manque de charge et de traiter les défaillances de bat- terie et d'assurer les capacités de secours. L'invention a pour but de développer un système s d'alimentation en énergie à au moins deux accumulateurs d'énergie per- mettant la gestion des batteries et une redondance en cas de défaillance d'une batterie avec une meilleure fiabilité et une meilleure disponibilité. Ce problème est résolu selon l'invention par un système d'alimentation en énergie correspondant au type défini ci-dessus, caracté risé en ce que chaque accumulateur d'énergie peut être relié au réseau de courant continu par l'actionnement d'éléments de commutation par un transformateur de courant continu. De préférence, il est installé comme réscau embarqué dans un véhicule et les transformateurs de courant continu sont unidirection 3s nels et leur tension de sortie se commande. Le système d'alimentation en énergie selon l'invention per- met un découplage de tous les accumulateurs d'énergie par rapport au réseau continu par le branchement intermédiaire d'un transformateur de courant continu. Chaque batterie peut étre reliée de préférence par un commutateur de puissance directement au réseau de courant continu et par un commutateur de charge avec le transformateur de courant conti- nu. Mais il est également intéressant d'utiliser des commutateurs semi s conducteurs à la place de commutateurs. La commande des éléments de commutation est assurée par un appareil de commande qui traite les va- leurs de mesure fournies par des capteurs des grandeurs physiques comme par exemple la température, la pression, l'intensité du courant, l'amplitude de la tension pour en former une valeur de l'état de charge 0 (SOC, état de charge), d'une valeur de l'aptitude à l'utilisation (SOH, état de santé) ou autre grandeur déduite pour un accumulateur d'énergie. I1 est également prévu une coupure précise de certains consommateurs et le cas échéant des interventions si nécessaire dans la gestion du moteur. Un avantage particulier du système d'alimentation en énergie selon l'invention est que pour la première fois chaque batterie doit étre chargée en fonction de la demande, indépendamment du niveau actuel de la tension du ré- seau. Cela permet d'éviter un défaut de charge d'au moins deux batteries branchées de manière redondante. Dans ce nouveau système d'alimentation en énergie il est o entre autre possible à l'aide de l'unité de commande de surveiller l'état de charge des batteries. Si pour les batteries on constate le dépassement vers le bas d'un état de charge critique, on lance une stratogie de charge à plu- sieurs niveaux. Si par exemple du fait des températures basses, le courant reçu est faible, chaque batterie peut étre relice au réseau de courant con :5 tinu par l'intermédiaire du transformateur de courant continu. La com- mande de la tension de sortie variable permet une charge adaptée à la température. Pendant la charge séparée on vérifie l'aptitude au fonction- nement de la batterie en contrôlant l'intensité et la durée de la prise de so courant. En cas de défaut, on coupe complètement la batterie défectueuse et on produit un signal pour commander le remplacement à bref délai. Le fonctionnement de secours est assuré par la seconde batterie. Pour un cas particulièrement dangereux d'un court-circuit spontané d'au moins l'une des deux batteries, on effectue une détection du sens de passage du courant qui en dehors d'une mesure de tension du shunt branché en série sur les batteries ou par des sondes Hall, peut également mesurer la tension de contact du commutateur de puissance car l'information de direction est importante pour commander le commu- tateur de puissance par l'appareil de commande. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins dans lesquels: s - la figure 1 montre un exemple de réalisation du système d'alimentation en énergie selon ltinvention, - la figure 2 montre un ctrcuit de surveillance du sens de passage du courant dans les batteries. De façon détaillée, la figure 1 montre comment la batterie 1 o peut être branchée par un commutateur de puissance 4, directement ou indirectement par un commutateur de puissance 6 et un convertisseur de courant continu 13 sur un réseau de courant continu. La batterie 2 est branchée par un commutateur de puissance 5 directement ou indirecte- ment par un commutateur de charge 7 et le transformateur de courant s continu 3 sur le réseau de courant continu. Un générateur 8 génère de préférence l'énergie. Pour démarrer un moteur il est prévu un démarreur relié par un interrupteur 11 au réseau continu. D'autres consomma- teurs sont indiqués. La commande du réseau continu et la gestion des batteries sont assurées par un appareil de commande 12. Les lignes o d'action partant de l'appareil de commande 12 montrent que par une in- fluence précise des consommateurs 9, le générateur 8 influence le réseau électrique pour protéger la solidité de la tension et pour tenir compte des caractéristiques de secours. La figure 2 montre une combinaison logique d'un circuit de s surveillance du sens de passage de courant dans les batteries 1 et 2 par la mesure des intensités I, I5 dans les commutateurs de puissance 4, 5 fer- més. Pour la conversion en une logique de commutation, l'exploitation du sens de passage du courant des chemins des batteries est suffisante. Les directions de passage du courant sont transformées par des convertis o seurs de niveau de signal 13, 14. Ainsi un courant positif (courant de dé- charge) correspond à un état logique 1 et un courant négatif (courant de charge) conduit à un état logique 0. Les signaux de sortie des convertis- seurs sont fournis chaque fois à une porte ET 16, 17 correspondante et à une porte OU - exclusif 15. Le signal de sortie de la porte OU - exclusif 15 ss est appliqué à la seconde entrée des deux portes ET 16, 17. La sortie des éléments EI 16, 17 est reliée chaque fois à un déclencheur 18, 19 d'un commutateur de puissance 4, 5 qui sépare la batterie correspondante 1 ou s 2 du réseau de courant continu par l'ouverture du commutateur de puis- sance 4, 5 correspondant en cas de défaut. Le tableau donné ci-après montre à titre d'exemple le cas le plus simple de la surveillance d'un réseau embarqué avec deux batteries s branchées en parallèle. Dans les colonnes I1, I2, on a représenté le cou- rant de décharge d'une batterie par le signe + et le courant de charge par le signe -. Dans les colonnes des commutateurs de puissance 4, 5, un état 1 signifie que le commutateur correspondant est branché; un état O indi- que qu'il est coupé. o Commande des commatateurs de charne en fonction du sens de pas- saae du courant Cas I1 I2 | 4 5 1 + + 1 1 2 + 1 0 3 + 0 1 4 1 1 Dans le cas 1 les deux batteries se déchargent: les com- mutateurs de puissance 4, 5 sont fermés. Dans le cas 2, la batterie 1 fournit du courant et la batterie 2 reçoit du courant. L'interrupteur 5 est ouvert; la batterie 2 est coupée. Le cas 3 correspond au cas inverse, la batterie 1 recevant du courant et la batterie 2 fournissant du courant: le commutateur 4 est o ouvert; la batterie 1 est coupée. Dans le cas 4, les deux batteries sont chargées directement à partir du réseau de courant continu et les commutateurs restent fermés. REVENDICATIONS 1 ) Système d'alimentation électrique pour alimenter les consommateurs électriques avec au moins deux accumulateurs d'énergie électrique, un ctrcuit pour relier les accumulateurs d'énergie électriques à un réseau de s courant électrique continu comportant des consommateurs et au moins un générateur d'énergie, caractérisé en ce que chaque accumulateur d'énergie (1, 2) peut être relié au réseau de courant continu par l'actionnement d'éléments de commutation (4, 5, 6, 7) par un 0 transformateur de courant continu (3). 2 ) Système d'alimentation électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il est installé comme réseau embarqué dans un véhicule. 3 ) Système d'alimentation électrique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les transformateurs de courant continu (3) sont unidirectionnels et leur tension de sortie se commande. 4 ) Système d'alimentation électrique selon l'une ou plusieurs des revendi cations 1 à 3, caractérisé par l'utilisation d'un unique transformateur de courant continu (3). ) Système d'alimentation électrique selon l'une ou plusieurs des revendi cations 1 à 4, caractérisé en ce que le transformateur de courant continu (3) est relié directement au réseau de courant continu. 6 ) Système d'alimentation électrique selon l'une ou plusieurs des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que 3s la liaison entre un accumulateur d'énergie (1, 2) et le transformateur de courant continu (3) se fait par un commutateur de charge (6, 7). 7 ) Système d'alimentation électrique selon l'une ou plusieurs des revendi cations 1 à 6, caractérisé en ce que la li ais on dire cte entre un accumulateur d' éne rgie et le rés e au de co u rant s continu est assurée par un commutateur de puissance (4, 5). 8 ) Système d'alimentation électrique selon l'une ou plusieurs des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que o les liaisons entre un accumulateur d'énergie (1, 2) et le réseau de courant continu et le transformateur de courant continu (3) sont réalisées par des éléments semi-conducteurs. 9 ) Système d'alimentation électrique selon l'une ou plusieurs des revendi s cations 1 à 8, caractérisé en ce que l'actionnement des éléments de commutation (4, 5, 6, 7) se fait par un ap pareil de commande (12). 10 ) Système d'alimentation électrique selon l'une ou plusieurs des reven- dications 1 à 9, caractérisé en ce que les éléments de commutation (4, 5, 6, 7) ou un transformateur de courant continu (3) sont commandés par un appareil de commande (12) qui reçoit, s exploite et est commandé par des grandeurs physiques fournies par des capteurs, notamment des capteurs de température, des capteurs de pres- sion, des capteurs d'intensité et des capteurs de tension. 11 ) Système d'alimentation électrique selon l'une ou plusieurs des reven dications 1 à 10, caractérisé en ce que les éléments de commutation (4, 5, 6, 7) et les transformateurs de courant continu (3) sont commandés par un appareil de commande (12) qui par- tant des grandeurs physiques mesurées, détermine en particulier une va ss leur d'état de charge (SOC), une valeur de disponibilité (SOH) ou autre grandeur déduite pour un accumulateur d'énergie. 12 ) Système d'alimentation électrique selon l'une ou plusieurs des reven dications 1 à 11, caractérisé en ce que par la commande d'éléments de commutation (4, 5, 6, 7) et du transfor s mateur de courant continu (3) par un appareil de commande (12) en fonc- tion de grandeurs physiques ou déduites, les accumulateurs d'énergie sont rechargés en fonction de la demande. 13 ) Système d'alimentation électrique selon l'une ou plusieurs des reven o dications 1 à 12, caractérisé en ce que par la commande d'éléments de commutation (4, 5, 6,7) et du transfor- mateur de courant continu (3) par un appareil de commande (12) en fonc- tion des grandeurs physiques déterminées et déduites, pour charger les s accumulateurs d'énergie sont chargés en fonction de la demande. 14 ) Système d'alimentation électrique selon l'une ou plusieurs des reven- dications 1 à 13, caractérisé par o la commande d'éléments de commutation (4, 5, 6, 7) par un appareil de commande (12) en fonction de grandeurs physiques déterminées ou de