Brevet FR2855793A1 — publié le 20041210

DISPOSITIF HYBRIDE D'ALIMENTATION ELECTRIQUE PERMETTANT D' AUGMENTER L 'AUTONOMIE D'UN VEHICULE ELECTRIQUE L'invention concerne un dispositif hybride d'alimentation électrique et solaire des moyens moteurs de propulsion d'un véhicule électrique. Un des freins au développement des véhicules à propulsion électrique réside dans leur faible autonomie en fonction de la seule charge initiale des accumulateurs embarqués dans ces derniers. De tels accumulateurs n' offrent en effet qu'une autonmie de l'ordre d'une 10 centaine de kilomètres et 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 et a pour objectif essentiel 15 de fournir un dispositif d'alimentation hybride pour véhicule à propulsion électrique, conduisant à augmenter de façon notable l'autonomie de tels véhicules et à permettre leur utilisation en cycle routier. A cet effet, l'invention vise un dispositif d'alimentation hybride électrique et solaire des moyens moteurs de propulsion d'un véhicule électrique, caractérisé en ce qu'il comprend 20 en combinaison: - trois ensembles de batteries dits premier, deuxième et troisième ensemble, dont les premier et deuxième ensembles sont connectés en parallèle et reliés au moyens moteurs en vue de l'alimentation de ces derniers, - des moyens de production de courant électrique généré par des capteurs solaires et des 25 condensateurs de grande capacité au troisième ensemble de batteries de façon à permettre de charger ces derniers durant les déplacements et stationnement 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 30 moyens moteurs, - des moyens de controle de l'état de charge des ensembles de batteries aptes d'une part à permettre une commutation des premier et deuxième ensemble de batteries 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 lorsque cette dernière atteint un seuil supérieur prédéterminé, ii - les moyens de recharge électrique générés par des capteurs solaires et condensateurs de grande capacité alimentent le troisième ensemble de batteries, relié aux premier et deuxième ensembles de batteries par l'intermédiaire des moyens de commutation, - et des moyens d'interruption disposés de façon à autoriser d'une part la charge par les moyens de production de courant d'un des premier ou second ensemble de batteries et des capteurs solaires lors des déplacements du véhicule, et d'autre part la charge par les moyens de recharge alimentés par des capteurs solaires et condensateurs de grande capacité, d'un des premier ou second ensemble de batteries lorsque le véhicule est 10 à l'arrét 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 15 grace 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 par des capteurs solaires et des condensateurs de grand 20 capacité durant les déplacements du véhicule, et pour recharger, grace au moyens de recharge, l'un des deux premiers ensembles de batteries, lorsque le véhicule est à l'arrêt momentané ou en stationnement La combinaison de ces dispositions conduit à l'obtention d'un véhicule électrique de grande autonomie compatible avec un usage routier. Selon un mode 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 aventageuse, les moyens de commutation comprennent un 30 interrupteur inverseur double électronique commandé par les moyens de controle des premier et deuxième ensembles de batteries. Dans l'un et l'autre cas, ces moyens de commutation comprennent, en outre, avantageusement pour chacun des premier et deuxième ensembles de batteries, deux interrupteurs actionnés par l'interrupteur double et connectés de façon, pour l'un desdits interrupteurs, à 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 controle 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 10 production de courant par les capteurs solaires et les condensateurs de grande capacité de façon à être commuté lors de l'arret de ces derniers, et second interrupteur disposé en sortie du troisième ensemble de batteries et asservi aux moyens de controle de l'état de 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 15 supérieur de charge. Les moyens de controle des premier et deuxième ensembles de batteries comprennent quant à eux avantageusement pour chacun desdits ensembles, un interrupteur électronique doté de deux relais de puissance respectivement d'alimentation de l'ensemble de batteries et d'actionnement du second interrupteur des moyens d'interruption. Selon un autre mode de réalisation avantageux, un moyen de production de courant par capteurs solaires et condensateurs de grande capacité comprend une unité distincte de production reliée respectivement au premier et deuxième ensemble de batteries et au troisième ensemble de batteries, les moyens d'interruption comprenant deux premiers interruptteurs asservis respectivement à chacune des unités de production. De plus,ces moyens de production de courant comprennent avantageusement au moins des capteurs solaires et des condensateurs de grande capacité . Les moyens de recharge électrique peuvent quant à eux comprendre avantageusement: - un convertisseur disposé de façon à faire fonctionner un chargeur 30 - des capteurs solaires et des condensateurs de grande capacité . Le dispositif selon l'invention comprend, par ailleurs, avantageusement des moyens de connexion avec un chargeur électrique externe et des 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 controle desdits ensembles de batteries et à actionner un interrupteur disposé de façon à couper l'alimentation des moyens de recharge, un organe de controle de l'état de charge des ensembles de batteries apte à couper l'alimentation lorsque ces ensembles de batteries présentent un état de 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 qui en représentent à titre d'exemple non 10 limitatif un mode de réalisation préférentiel Sur ces dessins: - la figure 1 est un schéma synoptique général simplifié d'un dispositif d'alimentation conforme à l'invention, et la figure 2 est un schéma électronique détaillé de ce dispositif. 15 Le dispositif représenté aux figures est destiné à l'alimentation des moyens moteurs de propulsion d'un véhicule électrique hybride, et vise à conférer une 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 volts 100 ampères et plus, munis chacun d'un 20 interrupteur électronique IE1, IE2, IE3, ( représentés à la figure 2/ de controle 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 du véhicule électrique hybride. A cet effet, ces deux ensembles de batteries B1, B2 sont branchés en parallèle, et leur commutation est 25 commandée par un interrupteur inverseur double C,D gérant l'enclenchement de quatre relais 1,2,3,4 affectés par paires (1,2) et (3,4) aux deux ensembles de batteries B1, B2. Le dispositif selon l'invention comprend, des capteurs solaires et condensateurs de grande capacité adaptés pour recharger l'ensemble de batteries B3 qui, par l'intermédiaire du convertisseur et du chargeur, recharge alternativement l'un et l'autre ensemble de batteries 30 Blet B2. Les capteurs solaires sont reliés par un régulateur qui alimente les condensateurs et l'ensemble de batteries B3 par l'intermédiaire d'une minuterie cyclique. L 'ensemble de batteries B3 est quant à lui destiné à permettre de recharger alternativement l'ensemble de batteries BI1 ou B2 selon les besoins respectifs de chacun. A cet effet, le dispositif de 1' invention comprend un convertisseur 13 et un chargeur 14 disposés de façon à être mis en 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 IE1 IE2, qui intègrent à cet effet deux relais respectivement 9,10 etl 1, 12: - un relais 9, 1 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 les 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 B1, B2, B3 au moyen d'un chargeur extérieur 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 20 batteries B1, B2, B3 par le chargeur extérieur 21. Ces moyens d'interruption comprennent en outre un interrupteur électronique IE4 de controle de l'état de charge des ensembles de batteries B 1, B2, B3. Ils comprennent enfin un relais 7 adapté pour être excité par le relais 6 et disposé de façon à interdire le fonctionnement du convertisseur 13 durant cette phase de recharge. Il est 25 à noter, en outre, que tel que représenté à la figure 2, ce relais 7 est disposé de façon que lorsque le véhicule est arrêté, et en l'absence de chargeur exterieur, la tension des éléments de batteries B3 puisse alimenter l'un 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-aprés. 30 Lors du démarrage initial du véhicule, les ensembles de batteries B1, B2, B3 étant en état de charge maximal, l'interrupteur inverseur double est basculé sur C de sorte que le relais 1 et 2 s'enclenche. Le relais 1 permet alors à l'ensemble de batteries B1 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 5) 1' ensemble de batteries B2. Lorsque l'ensemble de batteries B1 se trouve à son état de charge minimal détecté par l'interrupteur électronique IE1, 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 C D électronique. Ce basculement peut également être effectué manuellement si l'interrupteur C D est à commande manuelle. Dans ce cas, un voyant associé aux interrupteurs électroniques IE1, IE2 signale à l'usager l'état de charge minimal de l'ensemble de batteries B1, B2 correspondant. Une fois ce basculement effectué, 1' alimentation des moyens de propulsion est effectué à partir de l'ensemble de batteries B2. Ce basculement entraine 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 un ampèremètre 20. Simultanément, le relais 3 est également enclenché et permet de recharger l'ensemble de de batteries B1 au moyen du convertisseur 13 et chargeur 14, l'interrupteur électronique 20 IE1 assure le controle de l'état de charge dudit ensemble de batteries B1. Les cycles de charge et de décharge des ensembles de batteries B 1, B2, se poursuivent ainsi tant que le véhicule fonctionne, controlés par les interrupteurs électroniques IE1, IE2. L'alimentation de l'ensemble de batteries B 1 ou B2 en état de charge par l'ensemble de batteries B3 qui emmagasine l'énergie solaire produite par les capteurs solaires 15 munis du 25) régulateur 15 bis et des condensateurs 16 et leur minuterie cyclique 16 bis via le convertisseur 13 et le chargeur 14. Cette recharge est gérée par l'interrupteur électronique IE1 ou IE2 associé à cet ensemble de batteries Blou B2, dont le relais 10 et 12 actionne le relais 8 de façon à fermer les contacts de ce dernier et à permettre l'alimentation de l'ensemble de batteries B lou B2 en état de 30 charge. Par ailleurs, suite à une décharge partielle ou totale de l'ensemble de batteries B3, ce dernier est à nouveau rechargé par les capteurs solaires et les condensateurs de grande capacité REVENDICATIONS 1/- Dispositif hybride d'alimentation électrique et solaire des moyens moteurs de propulsion d'un véhicule électrique, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison: - trois ensembles de batteries (BI1, 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 dermiers, - des moyens de production de courant électrique (15, 16) reliés à l'ensemble de batteries (B3) de façon à permettre de charger ces derniers, - des moyens de commutation (C D, 1- 4) associés aux premier et deuxième ensembles de batteries (B 1, B2), adaptés pour positionner de façon alternative un desdits ensembles en état de charge par les moyens de production (15, 16) et l'autre ensemble en état de décharge d'alimentation des moyens moteurs, - des moyens de controle (IE1, IE2, IE3) de l'état de charge des ensembles de batteries (B1, B2, B3) aptes d'une part à permettre une commutation des premier et 15 deuxième ensemble de batteries (B 1, 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 20 ensemble de batteries (B3) et reliés aux premier et deuxième ensembles de batteries ( Bi1, B2) par l'intermédiaire des moyens de commutation ( CD, 1- 4), - et le moyen d'interruption (8) disposé 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 (B 1,B2),et du troisième ensemble de batteries (B3), et d'autre part la 25 charge par les moyens de recharge (13, 14) alimentés par le troisième ensemble de batteries (B3), d'un des premier et second ensemble de batteries (B1, B2). 2/ - Dispositif hybride d'alimentation électrique selon la revendication 1,caractérisé en ce que chaque ensemble de batteries (B1, B2, B3) comprend au moins deux batteries branchées en parallèle. 3 / - dispositif hybride d'alimentation électrique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent un interrupteur inverseur double électronique ( C D) commandé par les moyens de controle (IE, IE2) des premier et deuxième ensembles de batteries ( B1, B2) 4/ - Dispositif hybride d'alimentation électrique selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent un interrupteur in verseur double ( C D) à actionnement manuel, les moyens de controle (IE1, 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 hybride 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 (B 1, B2), deux interrupteurs (1-4) actionnés par l'interrup 10 teur inverseur double (CD) et connectés de façon, pour l'un desdits interrupteurs, à positionner l'ensemble de batteries (B1, B2) associé en état de décharge et, pour l'autre interrupteur (1,3), l'autre ensemble de batteries (B2,B1) en état de charge, ce dernier interrupteur (1,2) étant associé aux moyens de controle ( IE2, IE1) de l'état de charge de cet autre ensemble de batteries (B2,B1). 6/ - Dispositif hybride d'alimentation électrique selon l'une des revendications précédente, caractérisé en ce que les moyens d'interruption comprennent au moins un premier interrupteur (8, 7) asservi au fonctionnement des moyens (15, 16)de production de courant de façon à être commuté lors de l'arrét de ces derniers et un second interrupteur (8) disposé en sortie du troisième ensemble de batteries (B3) et asservi aux moyens de controle (IE1, IE2) 20 de l'état de charge des premier et deuxièmes 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 hybride d'alimentation électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de production de courant comprennent deux unités distinctes 25 de production (15, 16) reliées respectivement aux premier et deuxième ensemble de batteries (B1, B2) et au troisième ensemble de batteries (B3), associés respectivement à chacun des unités de production (15, 16). 8/ - Dispositif hybride d'alimentation électrique selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens de controle des premier et deuxième ensembles de 30 batteries (B1, B2) comprennent, pour chacun desdits ensembles, interrupteur électronique doté de deux relais de puissance (9,11) respectivement d' alimentation de l'ensemble de batteries (B1, B2) et d'actionnement du second interrupteur (8) des moyens d'interruption. 9/ - Dispositif hybride d'alimentation électrique selon l'une des revendications 6 et 8 dans lequel le premier (8) et second (7) interrupteurs sont des relais de puissance caractérisés en ce qu'ils comprennent les moyens de commutation et d'interruption. 10/ - Dispositif hybride d'alimentation électrique 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 génarateurs, une diode de puissance (17) disposée en sortie de ce dernier (14). 11/ - Dispositif hybride d'alimentation électrique selon l'unedes revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de recharge électrique comprennent un 10 convertisseur (13) disposé de façon à faire fontionner un chargeur (14). 12/ - Dispositif hybride d'alimentation électrique selon l'une des revendication 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens de recharge électrique comprennent des capteurs solaires et des condensateurs de grande capacité . 13/ - Dispositif hybride d'alimentation électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de connextion avec un chargeur électrique externe (21) et des moyens de liaison électrique desdits moyens de connexion avec les trois ensembles de batteries (B1, B2, B3),lesdits moyens liaison comportant un organe d'interruption (6) apte à couper les moyens de controle (IE1, IE2, IE3) desdits ensembles de batteries et à actionner un interruputeur (7) disposé de façon à couper l'alimentation des 20 moyens de recharge (13, 14), et un organe de controle (IE4) de l'état de charge des ensembles de batteries (B1, B2, B3), apte à couper l'alimentation lorsque ces ensemble de batteries présentent un état de charge égale au seuil superieur de charge.