Brevet FR2866279A1 — publié le 20050819

L'invention concerne un système d'entraînement des roues motrices d'un véhicule automobile à motorisation électrique, un procédé de commande d'un tel système d'entraînement ainsi qu'un véhicule automobile à motorisation électrique comprenant le système d'entraînement des roues motrices. Pour approcher les performances routières des véhicules automobiles à moteur à explosion, en termes de vitesse, d'accélération et d'autonomie, il est connu d'équiper les véhicules électriques de batteries de type Lithium-métal-polymère dont les performances sont largement supérieures à celles des technologies io antérieures, en particulier celles des batteries Ni-Cd des véhicules dits de première génération . Toutefois les accélérations et le roulage à des vitesses élevées conduisent à des décharges importantes de telles batteries du fait des grandes puissances requises par la motorisation de ces véhicules électriques. Ces décharges importantes détériorent les batteries de type Lithium-métal-polymère et diminuent largement leur durée de vie. Par ailleurs, les batteries de type Lithium-ion sont capables de fournir des 20 courants importants sans dégradation significative de leurs performances. Cependant, ces batteries présentent une énergie volumique faible et sont plus coûteuses que les batteries de type Lithium-métal-polymère. De ce fait, leur utilisation pour l'alimentation du moteur d'un véhicule électrique est fortement limitée compte tenu des contraintes d'encombrement et de coût à respecter dans un tel véhicule. Pour résoudre l'ensemble de ces inconvénients, l'invention propose un système d'entraînement des roues motrices d'un véhicule automobile électrique, comprenant deux moteurs électriques alimentés chacun par une batterie rechargeable. Chaque moteur, et par conséquent chaque batterie, est prévu pour remplir une fonction particulière, à savoir pour l'un assurer les conditions de roulage dites standard , c'est-à-dire jusqu'à une vitesse maximale correspondant à une puissance seuil du moteur, par exemple d'environ 90 kmlh, et pour l'autre d'intervenir notamment durant les phases d'accélération importantes ou de roulage à vitesse élevée nécessitant une puissance supérieure à la puissance seuil. Ainsi, ce système présente l'avantage, grâce à une double motorisation alimentée par une double source d'énergie, à savoir deux batteries distinctes, de conférer au véhicule électrique le comprenant des performances optimales en termes de vitesse, d'accélération et d'autonomie. Ce résultat est atteint par l'agencement particulier du système, qui permet notamment d'utiliser les deux batteries dans leur configuration optimale, à savoir en utilisant pour chacune d'entre elle toute son énergie sans diminuer sa durée de vie. A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose un système d'entraînement des roues motrices d'un véhicule automobile à motorisation électrique, ledit système comprenant: - un premier moteur électrique alimenté en courant par une première batterie rechargeable, ledit premier moteur étant de puissance suffisante pour assurer le déplacement du véhicule dans des conditions de roulage dites standard ; - un deuxième moteur électrique alimenté en courant par une deuxième batterie rechargeable, la puissance du deuxième moteur étant supérieure à 25 celle du premier moteur; - un dispositif de transmission de l'énergie entre les roues motrices et le premier moteur; - des moyens d'embrayage du deuxième moteur sur ledit dispositif de transmission, de sorte à transmettre de l'énergie entre les roues et le 30 deuxième moteur. io Selon un deuxième aspect, l'invention a pour objet un procédé de commande d'un système d'entraînement des roues motrices d'un véhicule automobile à motorisation électrique prévoyant: - l'alimentation du premier moteur seul lorsque la puissance demandée est strictement inférieure à une puissance seuil de sorte, par l'intermédiaire du dispositif de transmission, à entraîner les roues motrices dans les conditions de roulage standard; lorsque la puissance demandée est supérieure à ladite puissance seuil, l'alimentation des premier et deuxième moteurs et l'activation des moyens io d'embrayage de sorte, par l'intermédiaire du dispositif de transmission, à entraîner les roues motrices sous l'action conjointe des deux moteurs. Selon un troisième aspect, l'invention concerne un véhicule automobile à motorisation électrique, comprenant un tel système d'entraînement des roues motrices, le premier et le deuxième moteur étant prévus dans un montage coaxial. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma montrant le système selon l'invention, et en particulier les relations entre les deux moteurs, les deux batteries et les roues avant et arrière du véhicule, pour un véhicule roulant dans des conditions standard; la figure 2 est un schéma analogue à la figure 1, pour un véhicule en phase d'accélération, ou roulant à des vitesses élevées; - la figure 3 est un schéma analogue aux précédents, pour un véhicule en 30 phase de décélération, et la figure 4 est un schéma montrant les deux moteurs, les deux batteries, et les moyens de recharge de ces deux batteries. Les figures représentent un système d'entraînement 1 des roues motrices 2 d'un véhicule automobile à motorisation électrique, les roues motrices 2 étant les roues avant et/ou les roues arrière. Les figures montrent une situation dans laquelle les roues avant et arrière sont motrices. Ce système comprend un premier moteur électrique 3 alimenté en courant par une première batterie 4 rechargeable, et un deuxième moteur électrique 5 alimenté en courant d'une deuxième batterie rechargeable 6. Les deux moteurs io 3, 5 sont par exemple de type synchrone à aimants permanents. Le premier moteur 3 est de puissance suffisante pour assurer le déplacement du véhicule dans des conditions de roulage standard. Selon un mode de réalisation, il est apte à fournir une puissance de 15 kW, ce qui permet au véhicule de rouler à une vitesse stabilisée jusqu'à environ 90 kmlh. Le deuxième moteur 5 est de puissance supérieure à celle du premier moteur 3. Selon un mode de réalisation, il est apte à fournir une puissance comprise entre 20 kW et 35 kW, une puissance de 20 kW étant suffisante pour permettre au véhicule de rouler à une vitesse constante supérieure à environ 90 km/h, et une puissance de 35 kW étant nécessaire pour les phases d'accélération importante. Dans le véhicule automobile comprenant un tel système 1, il peut être prévu que les deux moteurs 3, 5 soient de faible dimension radiale et soient montés de façon coaxiale, ce qui contribue à diminuer l'encombrement du système dans le véhicule. Selon une réalisation, les deux moteurs sont montés chacun sur un essieu différent, ce qui permet la traction intégrale du véhicule. La première batterie 4 est de type Lithium-métal-polymère. La batterie utilisée présente une capacité spécifique importante. Elle est adaptée à une utilisation par exemple dans les phases de roulage à vitesse constante peu élevée, car 2866279 5 elle présente une faible capacité de décharge, ce qui lui permet de fournir toute son énergie en conservant une durée de vie importante. Il peut également être prévu que cette première batterie 4 alimente les servitudes et fonctions auxiliaires du véhicule au moyen d'un convertisseur DCIDC. La deuxième batterie 6 est du type Lithium-ion ou Lithium-ion-polymère. Cette batterie 6 est adaptée à une utilisation durant les phases nécessitant de fortes io puissances telles que les phases d'accélération importante ou de roulage à vitesse constante élevée. En effet, grâce à la forte capacité de décharge de ce type de batterie, le fort courant reçu par le moteur lui confère la puissance suffisante. En choisissant de manière judicieuse la puissance maximale de la batterie, on évite l'effet Ragone, c'est-à-dire la réduction de l'énergie disponible en fonction de la puissance fournie, tout en conservant une durée de vie optimale de la batterie. La deuxième batterie 6 utilisée présente une faible capacité spécifique qui permet de limiter son encombrement et son coût lorsqu'elle est montée dans le véhicule. Le système 1 comprend également un dispositif de transmission de l'énergie (non représenté) entre les roues motrices 2 et le premier moteur 3, de sorte à permettre l'entraînement desdites roues, ainsi que des moyens d'embrayage du deuxième moteur 5 sur ledit dispositif de transmission (non représentés), de sorte à transmettre de l'énergie entre les roues 2 et le deuxième moteur 5. L'activation des moyens d'embrayage est rendue possible grâce à des moyens de mesure de l'énergie fournie par la première batterie, des moyens électroniques de mémorisation des seuils d'énergie et des moyens électroniques de comparaison de l'énergie fournie avec lesdits seuils d'énergie. Le procédé de commande d'un tel système d'entraînement des roues motrices prévoit ainsi l'alimentation du premier moteur 3 seul lorsque la puissance demandée est strictement inférieure à une puissance seuil de sorte, par l'intermédiaire du dispositif de transmission, à entraîner les roues motrices dans les conditions de roulage standard. Cette situation est représentée schématiquement sur la figure 1, qui montre, par l'intermédiaire des flèches représentatives des flux d'énergie, l'alimentation du premier moteur 3 par la première batterie 4, et l'entraînement des roues motrices 2 qui en résulte. io En outre, la commande de ce système prévoit, lorsque la puissance demandée est supérieure à la puissance seuil des conditions de roulage standard, l'alimentation des premier 3 et deuxième 5 moteurs et l'activation des moyens d'embrayage de sorte, par l'intermédiaire du dispositif de transmission, à entraîner les roues motrices 2 sous l'action conjointe des deux moteurs 3, 5. Cette situation est schématisée sur la figure 2. Ainsi, le premier moteur 3 est actif en permanence au cours du roulage, et est utilisé à la même puissance quelque soit le mode de fonctionnement du véhicule, et le deuxième moteur 5 n'est embrayé que lorsque la puissance demandée dépasse la puissance seuil. Dans le mode de réalisation décrit, la puissance seuil est de l'ordre de 15 kW, et le deuxième moteur 5, lorsqu'il est embrayé, permet de fournir la puissance nécessaire aux phases d'accélération importante (de l'ordre de 35 kW) ou de roulage à vitesse élevée (de l'ordre de 20 kW). Le procédé de commande prévoit également, lorsque la deuxième batterie 6 est déchargée, l'alimentation du premier moteur 3 de sorte à entraîner les roues motrices et, lorsque la première batterie 4 est déchargée, l'alimentation du deuxième moteur 5 et l'activation des moyens d'embrayage de sorte à entraîner les roues motrices. Tel que représenté sur la figure 3, le procédé de commande du système prévoit en outre qu'en cas de décélération, les moyens d'embrayage sont activés de sorte à fournir un courant de recharge essentiellement à la deuxième batterie 6 par transmission d'énergie entre les roues 2 et les moteurs 3, 5. En effet, un tel courant de recharge est mal accepté par la première batterie 4 car il réduit sa durée de vie de façon significative. Le courant de recharge est donc adressé soit totalement vers la deuxième batterie 6, soit partiellement, une partie du courant de recharge étant alors envoyé vers la première batterie 4 de telle sorte que celle-ci ne soit pas détériorée. i0 La figure 4 représente les moyens de charge des deux batteries 4, 6 du système selon l'invention. Ces moyens peuvent être une borne électrique ou une prise de secteur 7 permettant une recharge lente représentée par les flèches 8. Par ailleurs, contrairement à la première batterie 4 de type Lithiummétalpolymère, la deuxième batterie 6 de type Lithium-ion-polymère est capable de recevoir de forts courants de charge de l'ordre de Cil ou 2C, C étant la capacité de la batterie. Une charge rapide, représentée par la flèche 9, peut donc être effectuée sur la deuxième batterie 6 par le biais d'un chargeur externe de puissance 10. Ce chargeur 10 peut, par exemple, être sous forme d'une borne. REVENDICATIONS 1. Système d'entraînement (1) des roues motrices (2) d'un véhicule automobile à motorisation électrique, ledit système étant caractérisé en ce 5 qu'il comprend: un premier moteur électrique (3) alimenté en courant par une première batterie rechargeable (4), ledit premier moteur étant de puissance suffisante pour assurer le déplacement du véhicule dans des conditions de roulage dites standard ; io - un deuxième moteur électrique (5) alimenté en courant par une deuxième batterie rechargeable (6), la puissance du deuxième moteur (5) étant supérieure à celle du premier moteur (3) ; un dispositif de transmission de l'énergie entre les roues motrices (2) et le premier moteur (3) ; - des moyens d'embrayage du deuxième moteur (5) sur ledit dispositif de transmission, de sorte à transmettre de l'énergie entre les roues (2) et le deuxième moteur (5). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première 20 batterie (4) est une batterie de type Lithium-métal-polymère. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième batterie (6) est une batterie de type Lithium-ion ou Lithium-ionpolymère. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier moteur (3) est apte à fournir une puissance de l'ordre de 15 kW. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en 30 ce que le deuxième moteur (5) est apte à fournir une puissance comprise entre 20 kW et 35 kW. 6. Procédé de commande d'un système d'entraînement (1) des roues motrices (2) d'un véhicule automobile à motorisation électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il prévoit: l'alimentation du premier moteur (3) seul lorsque la puissance demandée est strictement inférieure à une puissance seuil de sorte, par l'intermédiaire du dispositif de transmission, à entraîner les roues motrices (2) dans les conditions de roulage standard; lorsque la puissance demandée est supérieure à ladite puissance seuil, l'alimentation des premier (3) et deuxième (5) moteurs et l'activation lo des moyens d'embrayage de sorte, par l'intermédiaire du dispositif de transmission, à entraîner les roues motrices (2) sous l'action conjointe des deux moteurs (3, 5). 7. Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il prévoit en outre: - lorsque la deuxième batterie (6) est déchargée, l'alimentation du premier moteur (3) de sorte à entraîner les roues motrices (2) ; lorsque la première batterie (4) est déchargée, l'alimentation du deuxième moteur (5) et l'activation des moyens d'embrayage de sorte à entraîner les roues motrices (2). 8. Procédé de commande selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il prévoit en outre qu'en cas de décélération, les moyens d'embrayage sont activés de sorte à fournir un courant de recharge essentiellement à la deuxième batterie (6) par transmission d'énergie entre les roues (2) et les moteurs (3, 5). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la puissance seuil est de l'ordre de 15 kW. 10. Véhicule automobile à motorisation électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un système d'entraînement (1) des roues motrices (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, le premier (3) et le deuxième (5) moteur étant prévus dans un montage coaxial.