Brevet FR2868219A1 — publié le 20050930

SYSTEME D'ALIMENTATION DE VEHICULE AVEC REGULATEUR SERIE Description La présente invention se rapporte à un système d'alimentation de véhicule, dans lequel un circuit électrique d'un véhicule comprend une première batterie reliée à un générateur de puissance électrique, une seconde batterie reliée à une charge électrique et présentant une tension en circuit ouvert inférieure à celle de la première batterie ainsi qu'un régulateur série quai relie les deux batteries. La présente invention se rapporte en particulier à un système d'alimentation de véhicule qui améliore le rendement de l'alimentation et la consommation de carburant en commandant le régulateur série. Dans un véhicule, une charge électrique est directement reliée à un générateur de puissance électrique qui est couplé à un moteur. Lorsqu'une tension générée est modifiée de façon à augmenter l'effet de régénération de l'énergie électrique, par exemple lorsque la tension générée est augmentée au moment d'une décélération du véhicule, une variation de la luminosité d'un phare ou autre est provoquée par la fluctuation de tension, ou bien la durée de vie du phare est écourtée. En tant que disposition prise contre cela, la puissance électrique est fournie à une charge électrique par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu. Cependant, un convertisseur continu/continu du type à découpage de grande capacité, qui peut alimenter les charges électriques de tout le véhicule, présente une taille importante et est coûteux. En tant que système d'alimentation à faible coût, on propose de fournir une tension générée à une charge électrique par l'intermédiaire d'un régulateur série. Le rendement de l'alimentation au moment où une tension est réglée par le régulateur série est proportionnel à une différence de tension entre l'entrée et la sortie du régulateur série. Ici, le rendement de l'alimentation représente le rapport de la puissance de sortie (la puissance d'alimentation de la charge électrique) du régulateur série sur la puissance d'entrée du régulateur série. A mesure que la différence de tension entre l'entrée et la sortie du régulateur série devient importante, le rendement de l'alimentation est réduit. 2868219 2 C'est-à-dire que la puissance équivalente à la réduction du rendement de l'alimentation est consommée dans le régulateur série et génère de la chaleur. De ce fait, dans le cas où une puissance importante est fournie à la charge électrique, lorsque l'opération est exécutée à un moment où la différence de tension entre l'entrée et la sortie est importante et où le rendement de l'alimentation est faible, la génération de chaleur du régulateur série est importante. Donc, une opération impropre ou une défaillance de parties constitutives du circuit se produit. C'est un objectif de la présente invention de procurer un système d'alimentation dans lequel une différence de tension entre l'entrée et la sortie d'un régulateur série est commandée conformément à une valeur de charge électrique, de sorte que le régulateur série soit protégé et que le rendement de l'alimentation ainsi que la consommation de carburant soient améliorés. Conformément à la présente invention, la puissance électrique d'un générateur de puissance électrique est fournie à une charge électrique par l'intermédiaire d'un régulateur série, et est fournie tout en étant commandée pour présenter une valeur de tension stable. De plus, la valeur de charge de la charge électrique, la température du régulateur série et la valeur de tension de sortie de celui-ci sont toujours détectées, les pertes maximum tolérées du régulateur série sont calculées. Sur la base de ce calcul, le régulateur série est commandé pour limiter ainsi les pertes pour qu'elles soient inférieures aux pertes maximum tolérées. Ainsi, le fonctionnement stable du régulateur série est assuré et il est possible de réaliser l'amélioration du rendement de l'alimentation de tout le système d'alimentation ainsi que l'amélioration de la consommation de carburant du véhicule. De préférence, les pertes maximum tolérées du régulateur série sont calculées à partir de valeurs de détection de la valeur de charge de la charge électrique et de la température du régulateur série. Une valeur tolérée d'une différence de tension entre l'entrée et la sortie du régulateur série est déterminée. Du fait que la valeur tolérée de la différence de tension est commandée en modifiant une tension d'entrée de limite supérieure, la valeur de la tension de sortie en tant que puissance d'alimentation vers la charge électrique n'est pas modifiée et une alimentation stable devient possible. La valeur de la tension de limite supérieure du régulateur série est toujours mise à jour et commandée sur la base de données de surveillance des états du régulateur série et de la charge électrique. Il en résulte que le régulateur série est protégé et que le rendement de l'alimentation ainsi que la consommation de carburant sont améliorés. Le courant de charge de la charge électrique varie et la température du régulateur série varie. Donc, lorsque la commande de la différence de tension d'entrée-sortie du régulateur série n'est exécutée que par le régulateur série, la commande devient complexe. Cependant, lorsque la commande est partagée par des composants séparés, par exemple la commande de la tension d'entrée est exécutée en commandant le générateur et la commande de la tension de sortie est exécutée en commandant le régulateur série, la différence de tension d'entrée-sortie peut être aisément commandée. La tension d'entrée maximum du régulateur série est toujours calculée sur la base d'informations du régulateur série et de la charge électrique au moment d'une décélération du véhicule ou autre. La tension de sortie du générateur est augmentée jusqu'à la valeur limite de la tension d'entrée du régulateur série. Ainsi, la régénération d'énergie peut être augmentée jusqu'à la valeur maximum et en conséquence le rendement de la consommation de carburant du véhicule peut être amélioré. De préférence, lorsqu'une puissance requise de la charge électrique devient la puissance maximum tolérée du régulateur série ou une puissance plus élevée, une unité de commande ferme un commutateur pour fournir la puissance à la charge électrique directement à partir du générateur. Ainsi, le régulateur série est protégé tout en continuant en même temps d'alimenter la charge électrique. Les objectifs, caractéristiques et avantages ci-dessus de la présente invention ainsi que d'autres, deviendront plus évidents d'après la description détaillée qui suit effectuée en faisant référence aux dessins annexés. Dans les dessins: 2868219 4 La figure 1 est un schéma structurel représentant un mode de réalisation d'un système d'alimentation conforme à la présente invention, La figure 2 est un graphe représentant un rendement en 5 fonction d'une différence de tension d'entrée-sortie d'un régulateur série du mode de réalisation, La figure 3 est un schéma de circuit représentant des tensions d'entrée-sortie du régulateur série et un courant d'alimentation, dans le mode de réalisation, La figure 4 est un schéma de circuit représentant le régulateur série du mode de réalisation, La figure 5 est un graphe représentant des pertes tolérées de parties constitutives en fonction de la température des parties constitutives du régulateur série, et La figure 6 est un graphe représentant une puissance d'alimentation possible en fonction d'une différence de tension d'entrée-sortie du régulateur série. Ci-après, un mode de réalisation d'un système 20 d'alimentation de véhicule sera décrit. Sur la figure 1, un système d'alimentation de véhicule comporte une première batterie 1 et une seconde batterie 2 pour une charge électrique 6. La sortie d'un générateur de puissance électrique (alternateur) 3 couplé à un moteur (non représenté) d'un véhicule et entraîné par celuici, est reliée à l'électrode positive de la première batterie 1 et à la borne d'entrée d'un régulateur série 4. Le régulateur série 4 a une caractéristique telle que son rendement d'alimentation est réduit à mesure que la différence de tension entre l'entrée et la sortie devient importante, comme cela est représenté sur la figure 2. La borne de sortie du régulateur série 4 est reliée à l'électrode positive de la seconde batterie 2 et à la charge électrique 6. Le générateur 3 et les électrodes négatives de la première batterie 1 et de la seconde batterie 2 sont mis à la masse. En outre, un commutateur 5 est relié en parallèle au régulateur série 4 entre la première batterie 1 et la seconde batterie 2. Ainsi, une puissance électrique provenant du générateur 3 est fournie à la charge électrique 6 par l'intermédiaire du régulateur série 4 ou du commutateur 5. 2868219 5 Une unité de commande électronique 7 est connectée pour commander le générateur 3, le régulateur série 4 et le commutateur 5. De plus, un détecteur de température 8 destiné à détecter la température du régulateur série 4, un détecteur de tension de sortie 9 destiné à détecter la tension de sortie du régulateur série 4 et un détecteur de valeur de charge électrique 10 sont reliés à l'unité de commande 7. Dans l'état de fonctionnement normal du véhicule, le générateur 3 est entraîné par le moteur et génère une puissance en courant alternatif (AC). Le générateur 3 comprend des redresseurs. La puissance en courant alternatif générée par le générateur 3 est redressée sur les deux alternances par les redresseurs et est fournie en sortie sous la forme d'une puissance en courant continu (DC). La puissance en courant continu fournie en sortie est appliquée à la borne d'entrée du régulateur série 4 et de la première batterie 1. A ce point, le commutateur 5 est maintenu dans un état ouvert par l'unité de commande 7. La puissance appliquée au régulateur série 4 est convertie en une tension de sortie spécifiée par le régulateur série 4 conformément à des instructions provenant de l'unité de commande 7 et est fournie en sortie à la seconde batterie 2 à laquelle la charge électrique 6 est reliée. L'unité de commande 7 réalise un calcul d'une tension d'entrée de limite supérieure sur la base de données provenant du détecteur de température 8, du détecteur de tension de sortie 9 ainsi que du détecteur de valeur de charge électrique 10, et de la puissance maximum tolérée qui est mémorisée dans l'unité de commande 7, des parties constitutives constituant le régulateur série 4, et délivre des instructions concernant la tension de sortie au générateur 3. Ensuite, lorsque certaines conditions se produisent en même temps, par exemple lorsque la température du régulateur série 4 est élevée et que la puissance de charge demandée de la charge électrique 6 devient la puissance maximum tolérée des parties constitutives constituant le régulateur série 4, ou une puissance supérieure, l'unité de commande 7 délivre une instruction pour fermer le commutateur 5. En conséquence, la puissance est directement fournie depuis le générateur 3 à la charge électrique 6 par l'intermédiaire du commutateur 5 sans passer par le régulateur série 4. Ainsi, le régulateur série 4 2868219 6 est protégé contre une génération de chaleur excessive. En même temps, le fonctionnement normal de la charge électrique 6 peut être assuré. Un traitement de calcul de la tension d'entrée de limite 5 supérieure du régulateur série 4 du système d'alimentation sera décrit spécifiquement. La figure 3 représente la relation entre la tension d'entrée-sortie et le courant en ce qui concerne le régulateur série 4 et la charge électrique 6 de la figure 1. Le régulateur série 4 présente la structure représentée sur la figure 4 et les parties constitutives précédentes comprennent un dispositif à semiconducteur 41 tel qu'un transistor. Lorsque Vi est la tension d'entrée, Vo est la tension de sortie, Io est le courant d'alimentation, Pl est la puissance de charge électrique, Pe représente les pertes tolérées des parties constitutives et Te est la température des parties constitutives, l'expression suivante est établie. Vi = (Pe/Io) + Vo = Pe x (Vo/P1) + Vo... (1) Ici, comme cela est représenté sur la figure 1, la tension Vo et la puissance Pl sont détectées par le détecteur de tension de sortie 9 et le détecteur de valeur de charge électrique 10. En supposant que les données détectées sont telles qu'indiquées cidessous, la tension d'entrée (Vi) est calculée comme cela est expliqué ciaprès. Vo = 13,8 V Pl = 414 W Te = 100 C Ici, la puissance Pe est obtenue de la manière suivante. Du fait que la température des parties constitutives est de 100 C, et que la tension Vo est de 13,8 V comme cela est représenté sur la figure 5, la puissance Pe devient 60 W. En outre, les données utilisées pour obtenir les pertes tolérées sur la base de la température des parties constitutives, sont mémorisées au préalable dans une unité de commande électronique constituant l'unité de commande 7. En conséquence, d'après l'expression (1), Vi = Pe x (Vo/Pl) + Vo = 60 x (13,8/414) + 13,8 = 2 + 13,8 = 15,8 La tension d'entrée (Vi) est calculée à 15,8 V. C'est-à-dire que cette valeur devient la tension d'entrée de limite 40 supérieure du régulateur série 4 sous la condition ci-dessus. La différence de tension d'entrée-sortie du régulateur série ä ce moment devient 2 V. En conséquence, lorsque la température des parties constitutives et la tension de sortie Vo demeurent inchangées (par exemple Te = 100 C, Vo = 13,8 V), une puissance d'alimentation possible qui peut être fournie à la charge électrique 6 devient infiniment grande en amenant la tension d'entrée (Vi) à s'approcher de la tension de sortie (Vo) (on fait en sorte que la différence de tension d'entrée-sortie s'approche de zéro). Cependant, en réalité, elle est limitée par le courant maximum qui peut passer au travers des parties constitutives, le transistor 41 de la figure 4. Sous la condition ci-dessus (Vo = 13,8 V, Te = 100 C), la puissance d'alimentation possible est calculée sur la base de la différence de tension d'entrée-sortie du régulateur série 4. Ce résultat de calcul est représenté sous la forme d'un graphe sur la figure 6. A mesure que la différence de tension d'entrée-sortie (V) indiquée sur l'axe horizontal se réduit, la puissance d'alimentation maximum (W) croît. Cependant, on comprend que la puissance d'alimentation maximum sature à un point P pour le courant maximum (Amax) qui peut passer au travers des parties constitutives 41. Cette caractéristique est définie par l'expression suivante obtenue à partir de l'expression (1). Pl = (Pe x Vo)/(Vi -Vo) Ici, du fait que la puissance Pl est équivalente à la puissance d'alimentation maximum (Pmax) du régulateur série, Pmax = (Pe x Vo)/(Vi -Vo) ... (2) En ce qui concerne l'unité de détection destinée à détecter la valeur de charge électrique, divers procédés peuvent être utilisés sélectivement. Par exemple, la valeur de charge électrique Pl peut être détectée à partir de la sortie d'un détecteur de courant destiné à détecter directement un courant fourni à la charge électrique, à partir d'états de fonctionnement de charges électriques en fonctionnement parmi plusieurs charges électriques ou à partir d'une valeur donnée comme instruction aux parties constitutives 41 du régulateur série 4. La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation ci-dessus mais peut être modifiée de nombreuses 40 autres manières sans s'écarter de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système d'alimentation de véhicule comprenant: une première batterie (1) reliée à un générateur (3) 5 entraîné par un moteur d'un véhicule, une seconde batterie (2) reliée à une charge électrique (6) et présentant une tension en circuit ouvert inférieure à celle de la première batterie (1), un régulateur série (4) qui relie la première batterie (1) 10 et la seconde batterie (2), un moyen de détection (8, 9, 10) qui détecte une température du régulateur série (4), une tension de sortie du régulateur série (4) et une valeur de charge de la charge électrique (6), et une unité de commande (7) qui commande une tension d'entrée du régulateur série (4) et la tension de sortie du régulateur série (4) sur la base de valeurs de détection du moyen de détection (8, 9, 10). 2. Système d'alimentation de véhicule selon la revendication 1, dans lequel l'unité de commande (7) commande une valeur de tension d'entrée de limite supérieure de la tension d'entrée du régulateur série (4) pour modifier une valeur tolérée d'une différence de tension entre une entrée et une sortie du régulateur série (4). 3. Système d'alimentation de véhicule selon la revendication 2, dans lequel la valeur de tension d'entrée de limite supérieure du régulateur série (4) est calculée grâce à une puissance maximum tolérée d'une partie constitutive (41) du régulateur série (4), une valeur de détection d'une température de la partie constitutive (41), une valeur de détection de la tension de sortie du régulateur série (4) et une valeur de détection de la valeur de charge de la charge électrique. 4. Système d'alimentation de véhicule selon la revendication 1, dans lequel l'unité de commande (7) commande une tension de sortie du générateur (3) pour maîtriser la tension d'entrée du régulateur série (4), et l'unité de commande (7) commande le régulateur série (4) pour maîtriser la tension de sortie du régulateur série (4). 5. Système d'alimentation de véhicule selon la revendication 4, dans lequel la commande de la tension de sortie du générateur (3) augmente la tension de sortie à l'intérieur d'une plage inférieure ou égale à la valeur de tension d'entrée de limite supérieure du régulateur série (4). 6. Système d'alimentation de véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre: un commutateur (5) relié en parallèle au régulateur série (4) entre la première batterie (1) et la seconde batterie (2), où la commutation du commutateur (5) est commandée par l'unité de commande (7). 7. Système d'alimentation de véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'unité de commande (7) est installée à un emplacement éloigné du générateur (3). 8. Système d'alimentation de véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la détection de la valeur de charge de la charge électrique par le moyen de détection (8, 9, 10) est exécutée grâce à l'une d'une détection directe par un détecteur de courant (10), d'une estimation à partir d'un état de fonctionnement de chaque charge électrique (6), et d'une estimation à partir d'une valeur donnée comme instruction à partir de l'unité de commande (7) à la partie constitutive (41) du régulateur série (4).