Brevet FR2874136A1 — publié le 20060210

DISPOSITIF D'ALIMENTATION POUR APPAREILS ELECTRIQUES D'ACTIONNEMENT DANS DES VEHICULES AUTOMOBILES L'invention concerne un dispositif d'alimentation pour appareils électriques d'actionnement dans des véhicules automobiles. L'invention s'applique en particulier à l'alimentation d'actionneurs électriques pour automobiles ayant des fonctions critiques ou de sécurité, par exemple des lève-vitres ou des serrures, dans des véhicules automobiles. On connaît déjà dans l'art antérieur notamment le document EP 1130202 qui propose un composant électronique de réserve de puissance constitué d'un supercondensateur formant une source d'énergie rechargeable et compacte. Lors de l'utilisation normale du véhicule, ce composant électronique n'est pas sollicité tant que les moyens principaux d'alimentation électrique fonctionnent normalement. Ces moyens principaux maintiennent alors en permanence le supercondensateur en charge. Lorsque, à la suite d'une défaillance des moyens d'alimentation principaux, ces derniers ne sont plus en mesure de fournir l'énergie électrique pour l'ouverture de la serrure, l'alimentation est basculée automatiquement sur le supercondensateur ce qui permet le fonctionnement d'une serrure pendant plusieurs cycles d'ouverture. Les actionneurs électriques dans ce type de dispositifs doivent être dimensionnés pour fonctionner dans de larges plages de tension, ce qui nécessite de réaliser des actionneurs puissants, donc de dimensions imposantes, montrant de grandes dispersions au niveau des temps de réponse pour l'ouverture de la serrure. Par ailleurs, plus la tension délivrée aux motoréducteurs est élevée, plus ces derniers tournent vite et donc plus les chocs subis par les actionneurs sont importants. Ainsi, il a été observé par la demanderesse qu'un des inconvénients majeurs de ce type de dispositifs réside dans la durée de vie limitée des pièces mécaniques des actionneurs en raison des phénomènes de fatigue, ou d'usure, liés aux chocs violents pour des tensions élevées, aggravés par le surdimensionnement desdits actionneurs. Pour pallier à ces inconvénients, des solutions classiques peuvent être envisagées en disposant des amortisseurs ou en réalisant une conception optimale des pièces des actionneurs. Néanmoins, ces solutions ne sont pas pleinement satisfaisantes car elles exigent respectivement soit des pièces supplémentaires, volumineuses et surtout limitant l'énergie d'actionnement exercée par les actionneurs soit coûteuses pour un gain en durée de vie relativement faible. La présente invention entend remédier aux inconvénients des dispositifs de l'art antérieur en proposant une solution qui présente notamment l'avantage de pouvoir être incorporée ou ajoutée a posteriori à un actionneur existant en connectant l'objet de l'invention en série entre l'actionneur et l'alimentation du véhicule. L'invention a pour objet un dispositif d'alimentation pour appareils électriques d'actionnement dans des véhicules automobiles, les appareils électriques d'actionnement étant connectés à des moyens principaux d'alimentation électrique et à des moyens de secours d'alimentation électrique en cas de dysfonctionnement des moyens principaux, ces moyens de secours comprenant un composant de réserve de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen régulateur de tension apte à délivrer une tension de sortie régulée Us pour alimenter lesdits appareils électriques d'actionnement. On entend par moyen régulateur de tension en particulier un convertisseur de tension ou tout autre moyen apte à remplir la même fonction. De la même manière, on entend par l'expression tension de sortie régulée une tension de sortie constante ou quasi-constante, c'est-à-dire que la tension de sortie peut varier de 5 %, de préférence de 2 %. Par ailleurs, les systèmes d'alimentation de l'art antérieur présentent d'autres problèmes si un laps de temps relativement grand s'écoule entre l'arrêt par dysfonctionnement des moyens d'alimentation principaux, par exemple lors d'un stationnement, et la tentative d'ouverture de la serrure. En effet, lorsque le supercondensateur est déchargé, la serrure ne comporte alors plus aucun moyen de secours fonctionnel car le supercondensateur à l'état passif se décharge relativement rapidement à cause de phénomènes de fuites internes. Pour résoudre ce problème, il a été envisagé que les moyens de secours comprennent également des moyens de réserve d'énergie électrique connectables au composant de réserve de puissance pour alimenter ces derniers dans le cas où les moyens d'alimentation principaux font défaut. Sensiblement de la même manière que pour les moyens d'alimentation principaux, les moyens de réserve d'énergie produisent une tension d'entrée variable à destination du composant de réserve de puissance, notamment au fur et à mesure que les moyens de réserve d'énergie se déchargent. Aussi, le dispositif, selon un mode particulièrement avantageux de l'invention comprend des moyens de réserve d'énergie électrique connectables audit composant de réserve de puissance. La présence, conformément à l'invention, du moyen régulateur de tension, permet de compenser les variations de la tension délivrées par les moyens de réserve de puissance. Par ailleurs, dans ce type de systèmes, il existe un délai d'attente avant l'utilisation de l'actionneur, ou de l'appareil électrique d'actionnement, en raison du nécessaire temps de charge des moyens de réserve de puissance par les moyens de réserve d'énergie. Ainsi, pour résoudre ce problème supplémentaire, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif comprendra en outre au moins un moyen d'aiguillage électrique apte à basculer automatiquement la source d'alimentation électrique des moyens de réserve d'énergie électrique, soit provenant des susdits moyens principaux d'alimentation soit provenant des susdits moyens de réserve d'énergie lorsque la tension provenant des moyens principaux d'alimentation est inférieure ou égale à une tension de seuil déterminée Useuil.. Lorsque la tension délivrée par les moyens principaux d'alimentation est égale à Useuil., c'est-à-dire que les moyens principaux d'alimentation ne sont plus aptes à assurer l'alimentation des moyens de réserve de puissance, les moyens de réserve d'énergie prennent le relais en les alimentant. Le basculement est bien entendu réversible, c'est-à-dire que le moyen d'aiguillage électrique peut basculer à nouveau la source d'alimentation électrique des moyens de réserve d'énergie vers les moyens principaux d'alimentation lorsque la tension provenant des moyens principaux d'alimentation est supérieure à la tension de seuil déterminée Useuil.. Ainsi, dès que la tension de la batterie redevient supérieure à la tension de seuil Useuil., par exemple suite au rechargement de la batterie, les moyens de réserve de puissance sont à nouveau alimentés par les moyens principaux d'alimentation. Pour éviter des phénomènes oscillatoires, la tension de seuil Useuil. comprendra un hystérésis. Ainsi, dans ce mode de réalisation, le système d'alimentation électrique est totalement non interruptible, ou sans interruption, quelles que soient les conditions d'environnement, de contraintes ou d'actionnement des moyens de secours. En effet, grâce au moyen d'aiguillage électrique, l'alimentation électrique sera non interruptible car le ou les supercondensateur(s) est/sont toujours chargé(s), soit par les moyens d'alimentation principaux soit par les moyens de réserve d'énergie de sorte que ce temps de charge est nul ou quasi-nul. Selon un mode de réalisation préféré, ledit composant de réserve de puissance comprend au moins un supercondensateur. L'avantage d'un système d'alimentation à base de supercondensateurs par rapport à un système à accumulateur électrochimique (NiCd ou NiMH) réside dans ses petites dimensions et son poids réduit ainsi que sa simplicité d'utilisation et sa durée de vie. L'invention est décrite ci-après plus en détail, à l'aide de figures ne représentant que des modes préférés de l'invention. La figure 1 est un synoptique de fonctionnement général d'un 30 dispositif selon l'invention, La figure 2 est une vue schématique plus détaillée illustrant les éléments du dipositif selon l'invention. La figure 1 montre un dispositif selon l'invention comportant l'ensemble des éléments présentés précédemment. Ainsi, ce dispositif consiste en un système d'alimentation non interruptible relié à une batterie 1 de véhicule et à un actionneur électrique 2. L'actionneur électrique 2 est connecté à des moyens de commande 3. Le bloc 9 de la figure 1 représente l'association d'un ensemble d'éléments 4, 5, 6, 7, 8 visibles sur la figure 2. Dans la suite, on a choisi d'illustrer l'invention en liaison avec une serrure de véhicule automobile qui constituera l'appareil électrique à alimenter, ou actionneur, non représenté sur les figures annexées. Ainsi, une serrure pour véhicule automobile, à assistance d'ouverture électrique, est reliée à une poignée extérieure et une poignée intérieure, pour la commande de son ouverture respectivement extérieure ou intérieure. Elle comporte une carte électronique formant une interface destinée à raccorder la serrure à des moyens principaux d'alimentation électrique 1 et à des moyens de commande 3. La serrure est donc connectée à des moyens principaux d'alimentation électrique 1, en général une batterie équipant et alimentant le véhicule automobile. Cette batterie 1 alimente une électronique de gestion de condamnation qui actionne la condamnation ou la décondamnation de la serrure et un composant de réserve de puissance 4, avantageusement un supercondensateur, ainsi qu'éventuellement un organe d'identification de signal, en général un récepteur RF, non représenté sur les figures annexées. Ce composant de réserve de puissance 4 est bien entendu compatible avec la puissance demandée par l'actionneur 2. Le composant de réserve de puissance 4 est chargé par les moyens d'alimentation électriques principaux 1 et est directement connecté électriquement à la serrure. En cas de défaillance, la carte électronique de la serrure bascule automatiquement sur le composant 4 qui peut permettre le fonctionnement de la serrure pendant plusieurs cycles d'ouverture. Bien entendu, comme cela a été expliqué précédemment, ceci est possible dans le cas où le temps entre le dysfonctionnement des moyens d'alimentation principaux 1 et la tentative d'actionnement de la serrure n'est pas trop long. Le composant de réserve de puissance 4 pourra être constitué d'un ou plusieurs supercondensateur(s) ou de condensateur(s) de type électrochimique. Ces condensateurs, ou supercondensateurs, pourront être assemblés en pack ou soudés sur un même circuit imprimé. Le dispositif de l'invention comprend avantageusement une réserve d'énergie 5 compatible avec la durée de vie exigée ainsi qu'avec l'environnement automobile. La réserve d'énergie 5 est reliée au composant de réserve de puissance 4 de sorte que ce dernier 4 est alimenté pour la charge normalement par les moyens principaux d'alimentation électrique, c'est-à-dire quand les moyens principaux d'alimentation électrique 1 fonctionnent correctement, et de façon exceptionnelle par les moyens de réserve d'énergie 5. Cette réserve d'énergie 5 pourra être constituée d'une ou plusieurs piles au lithium bobinée(s) ou spiralée(s) selon les caractéristiques de l'actionneur. Ces piles pourront être assemblées en un ensemble compact, ou pack, ou soudées sur un même circuit imprimé. D'une manière générale, on pourra également prévoir que les moyens de réserve d'énergie sont constitués d'au moins une pile électrique ou d'un accumulateur électrique ou un accumulateur électrochimique, par exemple du type NiMH. Néanmoins, l'avantage des piles au lithium par rapport à un système à accumulateur reste leur tension de cellule élevée, d'où un nombre d'éléments réduit, ainsi que leur large plage de température de fonctionnement compatible avec l'environnement automobile. Le dispositif de l'invention se caractérise en premier lieu en ce qu'il comprend un moyen régulateur de tension 6, en l'occurrence un convertisseur de tension, pouvant être un ensemble dénommé à découpage , comprenant généralement une diode à faible perte, par exemple de type Schottky, et un bobinage, un interrupteur commandé pouvant être constitué soit d'un unique composant soit d'un transistor à effet de champ, par exemple de type MOS, et d'un composant de contrôle, par exemple un microcontrôleur et d'une boucle de contre-réaction généralement réalisée par des résistances. Cette boucle de contre réaction permet bien évidemment d'assurer le fonctionnement correct d'un régulateur en mesurant la grandeur physique que l'on cherche à réguler. Ce moyen régulateur de tension 6 est assemblé sur un circuit imprimé. Ainsi, dans le dispositif de l'invention, le composant de réserve de puissance 4, le moyen de réserve d'énergie 5 et le convertisseur de tension 6 pourront être fixés sur une même carte électronique, par exemple un circuit imprimé, de manière à former un système complet et compact. Le dispositif représenté sur la figure 2 comprend également une diode 7 à faible perte, de type Schottky, connectée aux moyens principaux d'alimentation électrique 1, c'est-à-dire entre ces moyens 1 et le convertisseur de tension 6, ainsi qu'un moyen d'aiguillage électrique 8 qui compare la tension à la cathode de cette diode 7, c'est-à-dire la tension provenant des moyens principaux d'alimentation électrique 1, à la tension provenant des moyens de réserve d'énergie 5 de manière à sélectionner automatiquement l'un ou l'autre des moyens d'alimentation électrique du composant de réserve de puissance 4, à savoir soit les moyens principaux d'alimentation électrique 1 soit les moyens de réserve 5 lorsque la tension de sortie des moyens principaux d'alimentation 1 atteint une valeur de tension de seuil minimum déterminée Useuil., par exemple d'environ 6 Volts. En effet, les moyens principaux d'alimentation électrique 1, c'est-à-dire usuellement la batterie, délivrent classiquement une tension comprise entre 9 et 16 Volts tandis que les moyens de réserve d'énergie 5 délivrent une tension inférieure, par exemple comprise entre 4 et 6 Volts si l'on associe deux piles de 3 Volts chacune. Ainsi, dans ce cas, la tension de seuil Useuil. est égale à la tension maximum délivrée par les moyens de réserve 5. On pourra de la même manière envisager que la tension de seuil Useu;,. soit égale à la tension délivrée par les moyens de réserve d'énergie 5, quelle que soit la valeur de cette tension. On notera que la valeur de tension inférieure de fonctionnement pour la batterie 1, soit 9 V, ne permet pas le démarrage du véhicule mais permet toujours l'alimentation de composants électroniques de faible taille et puissance. Par ailleurs, la tension provenant des moyens de réserve d'énergie 5 varie également, premièrement au cours de la vie desdits moyens 5 mais également en raison des facteurs environnementaux tels que les changements de température. Dans le présent exemple, le dispositif de l'invention comprend une seule diode 7 mais il pourra être prévu plusieurs diodes 7, situées entre les moyens principaux d'alimentation électrique 1 et le convertisseur de tension 6. La diode Schottky joue ici sa fonction habituelle, c'est-àdire identique à celle d'une diode normale, en état passant et bloquant, avec des caractéristiques de fonctionnement supérieures, en particulier au niveau de la tension inférieure de blocage. Le dispositif de la figure 2 comprend également un moyen régulateur de tension 6, ou convertisseur de tension, qui pourra être réalisé suivant une topologie SEPIC ( Single Ended Primary Inductance Converter ) ou une topologie Buck-Boost (Abaisseur-Elévateur). La topologie SEPIC permet d'utiliser un transformateur à la place de deux bobinages, réduisant d'autant la taille et le poids de l'ensemble se trouvant sur la carte électronique. La tension de sortie Us du convertisseur 6 est directement destinée au composant de réserve de puissance 4, la tension US étant régulée, ou fixée, par exemple approximativement à 11,5 volts afin de préserver les performances du composant 4. Selon une possibilité offerte par l'invention, le dispositif pourra également comprendre un moyen de contrôle de la tension arrivant au composant de réserve de puissance 4 en fonction de la température ambiante, afin éventuellement de modifier la tension de sortie U;,,t. du convertisseur de tension 6. Dans ce cas, le dispositif de l'invention comprendra un moyen de mesure/contrôle de la température, tels qu'une thermistance CTP (Coefficient de Température Positif) ou un thermocouple. Cette résistance variable avec la température pourra être avantageusement insérée dans la boucle de contre réaction du moyen régulateur de tension 6. Ceci permettra donc au système d'adapter automatiquement la tension de sortie Us en fonction de la température ambiante afin de préserver les performances du composant 4. Ainsi, la boucle de contre réaction du moyen régulateur de tension comprendra une résistance dont la variation de valeur en fonction de la température est connue et maitrisée. Le dispositif de l'invention n'est pas limité à l'exemple de réalisation décrit ici et pourra notamment être modifié pour obtenir différentes architectures en fonction des besoins de sécurité et de coût: réserve de puissance 4 intégrée à l'actionneur 2, réserve d'énergie 5 centralisée, système intégré, etc. Par ailleurs, bien que l'exemple de réalisation décrit précédemment présente le dispositif selon l'invention comportant des moyens de réserve d'énergie 5, il est clair que ces moyens de réserve d'énergie 5 ne sont pas essentiels; le moyen régulateur de tension 6 agissant a priori sur les moyens principaux d'alimentation 1, et éventuellement également sur les moyens de réserve d'énergie 5. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation pour appareils électriques d'actionnement dans des véhicules automobiles, les appareils électriques d'actionnement étant connectés à des moyens principaux d'alimentation électrique (1) et à des moyens de secours d'alimentation électrique en cas de dysfonctionnement des moyens principaux (1), ces moyens de secours comprenant un composant de réserve de puissance (4), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen régulateur de tension (6) apte à délivrer une tension de sortie régulée US pour alimenter lesdits appareils électriques d'actionnement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen régulateur de tension (6) régule la tension provenant desdits moyens principaux d'alimentation électrique (1). 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réserve d'énergie électrique (5) connectables audit composant de réserve de puissance (4). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de réserve d'énergie électrique (5) sont reliés au susdit moyen régulateur de tension (6). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen d'aiguillage électrique (8) apte à basculer automatiquement la source d'alimentation électrique des moyens de réserve d'énergie électrique (5), soit provenant des susdits moyens principaux d'alimentation (1) soit provenant des susdits moyens de réserve d'énergie (5) lorsque la tension provenant des moyens principaux d'alimentation (1) est inférieure ou égale à une tension de seuil déterminée Useu;,.. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de réserve d'énergie (5) sont constitués d'au moins une pile électrique, par exemple une ou plusieurs piles au lithium, ou un accumulateur électrique ou un accumulateur électrochimique, par exemple du type NiMH. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le composant de réserve de puissance (4), le moyen de réserve d'énergie (4) et le moyen régulateur de tension (6) sont fixés sur une même carte électronique. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen régulateur de tension (6) est réalisé suivant une topologie SEPIC . 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit composant de réserve de 10 puissance (4) comprend au moins un supercondensateur. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la susdite tension de sortie régulée Us est approximativement égale à 11,5 volts.