Brevet FR2878088A1 — publié le 20060519

]L Système d'alimentation en énergie électrique multi-tension pour réseau de bord d'un véhicule automobile L'invention concerne les réseaux électriques multi-tension équipant les véhicules automobiles et se rapporte, plus particulièrement, à un système d'alimentation en énergie électrique d'un tel réseau. Plus particulièrement, l'invention concerne les réseaux électriques bi-tension de véhicules automobiles. Afin de répondre à la demande croissante de puissance électrique dans les véhicules, liée à l'apparition de nouvelles fonctions électriques fortement consommatrices, diverses solutions ont été envisagées. L'une des solutions avantageuses consiste à augmenter la tension disponible sur le réseau en augmentant la tension de sortie de l'alternateur. Cette solution permet, en particulier, l'utilisation de nouveaux composants dont la tension nominale est accrue. Cependant, l'augmentation de la tension de sortie de l'alternateur doit rester compatible avec les standards actuels de tension du réseau de bord, soit par exemple 12 volts, car il n'est pas envisageable de remplacer brutalement et complètement les réseaux conventionnels par un réseau de tension plus élevée, pour des raisons industrielles, techniques et économiques. Il est donc nécessaire d'envisager une phase de cohabitation de deux sous-réseaux d'alimentation électrique au sein d'un même véhicule, même s'il faut prévoir l'évolution future de certains circuits consommateurs du sous-réseau à tension conventionnelle vers le sous-réseau de tension accrue. On connaît, dans l'état de la technique, des systèmes de génération de puissance pour réseaux bi-tension de véhicule automobile. De tels systèmes comprennent par exemple un alternateur triphasé dont les phases statoriques sont redressées pour générer une puissance sur un sous-réseau fonctionnant à une première valeur de tension et dont le stator est bobiné en étoile de façon à présenter un point neutre auquel est relié un deuxième sous-réseau fonctionnant à une deuxième valeur de tension inférieure à la première tension. On pourra à cet égard se référer à la demande de brevet européen EP-A-1 112 896 au nom de la demanderesse. Mais, dans ce type de système d'alimentation, les sous-réseaux sont structurellement et fonctionnellement indépendants. Au vu de ce qui précède, l'invention a pour but de permettre l'alimentation d'un réseau électrique bi-tension d'un véhicule automobile et en outre de procurer un équilibrage des énergies produites sur chacun des sous-réseaux. L'invention a donc pour objet un système d'alimentation en énergie électrique d'un réseau électrique de bord bi-tension d'un véhicule automobile, comprenant au moins deux sous-réseaux fournissant des niveaux de tension différents à des charges électriques connectées au réseau, le système comprenant une machine électrique de type alternateur associée à un convertisseur de puissance délivrant aux sous-réseaux une énergie électrique auxdits niveaux de tension sous le contrôle d'un système de gestion d'alimentation. Ce système comprend en outre des moyens pour provoquer l'alimentation des charges raccordées à au moins un sous-réseau à partir de l'énergie disponible sur un ou plusieurs autres sous-réseaux en fonction de l'alimentation disponible sur ledit au moins un sous-réseau. Selon une autre caractéristique de l'invention, le système comporte deux sous-réseaux d'alimentation, un convertisseur de tension DC/DC piloté par le système de gestion d'alimentation étant raccordé entre le premier sousréseau et le deuxième sous-réseau. Selon un mode de réalisation, les charges électriques comportent des premier et deuxième groupe de charges alimentés respectivement à partir des premier et deuxième sous-réseaux, et un troisième groupe de charges alimenté sélectivement à partir du premier sous-réseau ou des premier et deuxième sous-réseaux en fonction de l'alimentation disponible sur le premier sous-réseau. Par exemple, le troisième groupe de charges peut être raccordé à un réseau connecté au premier réseau par une diode anti-retour et au deuxième réseau par ledit convertisseur de tension DC/DC. Dans un mode de réalisation particulier, les premier et deuxième sousréseaux sont chacun pourvus d'un commutateur piloté par le système de gestion pour le raccordement sélectif des premier et deuxième sousréseaux à la machine électrique et au convertisseur de puissance. Par exemple, le premier sous-réseau est un réseau d'alimentation à 12 volts et le deuxième sous-réseau est un réseau d'alimentation à 24 volts. Selon un autre mode de réalisation, le système comporte deux sous-réseaux à point milieu à la masse, les charges électriques comprenant un premier groupe de charges alimenté à partir d'un premier niveau de tension délivré par le premier sous-réseau, un deuxième groupe de charges alimenté à partir d'un deuxième niveau de tension délivré par le deuxième sous-réseau, un troisième groupe de charges alimenté à partir d'un troisième niveau de tension délivré conjointement par les premier et deuxième sous-réseaux, et un quatrième groupe de charges alimenté sélectivement à partir de l'un des premier et deuxième sous-réseaux. Par exemple, le premier niveau de tension est égal à 12 volts, le deuxième niveau de tension est égal à -12 volts et le troisième niveau de tension est égal à +24 volts. Dans les différents modes de réalisation évoqués ci-dessus, chaque sousréseau est pourvu d'une batterie d'alimentation dont la charge est assurée par ladite machine électrique et le convertisseur de tension DC/DC, sous le contrôle du système de gestion d'alimentation. Par exemple, la machine électrique est un alternateur ou un alternodémarreur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non-limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un système d'alimentation en énergie électrique d'un réseau électrique bi-tension pour véhicule automobile selon un premier mode de réalisation; et - la figure 2 est un schéma synoptique d'un système d'alimentation en énergie électrique d'un réseau électrique bi-tension selon un autre mode de réalisation de l'invention. On va tout d'abord décrire, en référence à la figure 1, un premier exemple de réalisation d'un système d'alimentation conforme à l'invention, désigné par la référence numérique générale 10. Ce système est destiné à alimenter un réseau électrique de bord bitension de véhicule automobile qui comprend un premier sous-réseau 12 délivrant un premier niveau de tension U1 et un deuxième sous-réseau 14 délivrant un deuxième niveau de tension U2. Par exemple, le premier sous-réseau 12 fournit un niveau de tension de 12 volts, et le deuxième sous-réseau 14 délivre une tension de 24 volts. La tension disponible sur les premier et deuxième sous-réseaux 12, 14 est fournie par une machine électrique 16 de type alternateur, par exemple un alternateur ou un alterno-démarreur conventionnels, et par un convertisseur de puissance 18 associé à la machine 16 et piloté par un système de gestion d'alimentation 20 qui communique avec le système 21 de contrôle du véhicule. Des commutateurs électromécaniques ou électroniques R1 et R2 pilotés par le système de gestion 20 assurent sélectivement le raccordement du convertisseur de puissance 18 au premier sous-réseau 12, ou au deuxième sous-réseau 14 ou encore aux premier et deuxième sousréseaux 12 et 14 simultanément. Comme on le voit sur la figure 1, chacun des sous-réseaux est pourvu d'une batterie d'alimentation B1 et B2 associée chacune à un moyen Al et A2 de mesure de courant de charge des batteries. Des moyens de mesure de courant complémentaires A3 mesurent le courant circulant sur le réseau d'alimentation. Les valeurs de mesure de courant il, i2 et 1T délivrées par les premier, deuxième et troisième moyens de mesure de courant Al, A2 et A3 sont fournis au système de gestion d'alimentation 20. De même, les tensions U1 et U2 disponibles aux bornes des batteries d'alimentation B1 et B2 sont délivrées au système de gestion d'alimentation 20. Enfin, les températures Ti et T2 des batteries B1 et B2 sont également délivrées au système de gestion 20. Comme indiqué précédemment, le premier sous-réseau 12 fournit, par exemple, un niveau de tension de 12 volts, alors que le deuxième sousréseau 14 délivre un niveau de tension de 24 volts. Ainsi, un premier groupe de composants du véhicule est alimenté par ce premier sous-réseau 12 alors qu'un deuxième groupe de composants est alimenté par le deuxième sous-réseau 14. Comme on le voit sur la figure 1, le système d'alimentation 10 fournit par ailleurs un réseau protégé Rp auquel sont raccordés des composants sensibles aux baisses de tension. Ce réseau protégé est alimenté à partir du premier sous-réseau 12 auquel il est raccordé par l'intermédiaire d'une diode anti-retour D. Toutefois, en cas de baisse de tension sur ce sous-réseau 12, son alimentation est renforcée à partir du deuxième sousréseau par l'intermédiaire d'un convertisseur ou régulateur de tension 22 branché entre le deuxième sous-réseau 14 et le réseau protégé Rp. Les composants du système d'alimentation 10, en particulier les commutateurs R1 et R2, le convertisseur DC/DC 20 et le convertisseur de puissance 18, sont pilotés par le système d'alimentation 20. Par exemple, ces composants sont réalisés à partir d'interrupteurs, par exemple des transistors de type MOSFET, IGBT, bipolaire ou autre. Ainsi, le système de gestion 20 incorpore des moyens électroniques de commande et de régulation qui, à partir des signaux de mesure de tension U1, U2, de température Ti, T2 et de courant il, i2, iT, et à partir de consignes de régulation établissent des stratégies électroniques de gestion de l'énergie électrique du réseau. Diverses stratégies de gestion, à la portée d'un homme du métier, peuvent être envisagées à cet effet. Par exemple, des régulations par modulation de largeur d'impulsion des signaux de commande des interrupteurs peuvent être utilisées à cet effet. Comme on le conçoit, grâce à cet agencement, il est possible de bénéficier des avantages liés à l'augmentation de la tension de bord d'un véhicule automobile, en particulier l'augmentation de puissance ou l'utilisation de composants de type 24 volts, sans remettre en cause l'utilisation d'organes conventionnels de type 12 volts, dans la mesure où le système 10 procure un réseau bi-tension. En outre, grâce à la présence du réseau protégé Rp qui, en cas de baisse de tension du premier sous-réseau 12, voit son alimentation renforcée à partir du deuxième sous- réseau 14, il est possible de prévoir une alimentation sécurisée de composants sensibles aux baisses de tension. Par exemple, le système d'alimentation 10 selon l'invention permet de mettre en oeuvre des phases distinctes d'alimentation. En effet, par exemple, dans le cas où l'on utilise un système de démarrage comprenant un alterno-démarreur de type 24 volts, lors d'une phase de démarrage, le système de gestion 20 provoque la fermeture du commutateur R2 et l'ouverture du commutateur R1 pour l'alimentation de l'alterno-démarreur. Après démarrage, les phases de génération d'énergie électrique au cours desquelles on fournit une tension d'alimentation de 12 volts ou de 24 volts peuvent être mises en oeuvre en fonction de la position des commutateurs RI et R2. 2878088 7 Au cours de cette phase, à partir des informations de courant, de tension, et de température des batteries, le système de gestion d'alimentation 20 assure le maintien d'un état de charge correct des deux batteries B1 et B2, grâce à la commutation des commutateurs R1 et R2 et le pilotage de la machine électrique 16 pour permettre la charge des batteries soit en 12 volts, soit en 24 volts, selon leur état de charge. On va maintenant décrire en référence à la figure 2 un autre exemple de réalisation d'un système d'alimentation selon l'invention. Sur cette figure, des éléments identiques à ceux de la figure 1 portent les mêmes références numériques. Comme dans l'exemple de réalisation décrit précédemment, ce système 10 comporte également une machine électrique 16 de type alternateur ou alterno-démarreur associée à un convertisseur de puissance 18 connecté au réseau de bord du véhicule. Le réseau d'alimentation comporte également plusieurs sous-réseaux d'alimentation permettant l'alimentation de plusieurs groupes de composants. Par exemple, dans l'exemple de réalisation représenté, ce système 10 permet d'alimenter un premier groupe G1 de composants à partir d'une tension d'alimentation de + 12 volts, un deuxième groupe de composants G2 à partir d'une tension d'alimentation de 12 volts, un troisième groupe G3 de composants à partir d'une tension d'alimentation de 24 volts, et un quatrième groupe de composants G4 sélectivement alimentés par l'intermédiaire d'un commutateur 24 soit à partir d'une tension d'alimentation de + 12 volts, soit à partir d'une tension d'alimentation de 12 volts. Deux batteries d'alimentation B1 et B2, de 12 volts, de préférence identiques, assurent l'alimentation des sous-réseaux, conjointement avec la machine électrique 16 et le convertisseur de puissance 18. Comme on le voit sur cette figure 2, le système 10 d'alimentation comporte ainsi, comme dans l'exemple de réalisation décrit en référence à la figure 1, deux sous-réseaux 12 et 14 incorporant respectivement la première batterie B1 et la deuxième batterie B2. Le premier réseau 12 fournit, dans l'exemple représenté, un niveau de tension de 12 volts, pour l'alimentation du deuxième groupe de composants, alors que le deuxième sous-réseau 14 délivre une tension d'alimentation de + 12 volts pour l'alimentation du premier groupe de composants. En ce qui concerne le troisième groupe de composants, ces composants sont raccordés entre les deux sous-réseaux 12 et 14 de manière à être alimentés sous une tension de 24 volts. Le quatrième groupe G4 de composants, est, quant à lui, alimenté soit par le premier sous-réseau 12, soit par le deuxième sous-réseau 14. En effet, les deux sous-réseaux 12 et 14 ont un noeud commun à la masse constitué respectivement par la borne positive de la première batterie B1 et par la borne négative de la deuxième batterie B2, la borne négative de la première batterie B1 délivrant la tension l'alimentation de 12 volts et la borne positive de la deuxième batterie B2 fournissant la tension d'alimentation de + 12 volts. Le premier groupe de composants est alimenté à partir de la borne positive de la deuxième batterie B2, le deuxième groupe de composants est alimenté à partir de la borne négative de la première batterie B1, le troisième groupe de composants est connecté entre la borne positive de la deuxième batterie B2 et la borne négative de la première batterie B1, et le quatrième groupe de composants est sélectivement raccordé, au moyen du commutateur 24, soit à la borne positive de la deuxième batterie B2, soit à la borne négative de la première batterie B1. Comme dans l'architecture de la figure 1, un convertisseur de tension DC/DC 26 assure, en cas de baisse de tension sur l'un des sous-réseaux, un transfert d'énergie vers ce réseau à partir de l'autre sous-réseau. Enfin, un système de gestion d'alimentation 20 pilote le convertisseur de puissance 18, un convertisseur DC/DC 26 interposé entre les deux sousréseaux de +12 Volt et -12 Volts et le commutateur 24 afin de gérer le niveau des tensions disponibles sur les deux sous-réseaux 12 et 14, en particulier en contribuant à l'alimentation du sous-réseau le plus sollicité à partir du sous-réseau le moins chargé, et gère l'état de charge des deux batteries en pilotant la machine électrique 16 pour maintenir un niveau de charge correct des batteries et en pilotant le commutateur 24 pour raccorder le quatrième groupe de composants G4 soit au premier sous-réseau 12, soit au deuxième sous-réseau 14. On notera enfin que l'invention s'applique de manière générale à un réseau de bord multi-tension dans lequel plusieurs sous-réseaux fournissent des niveaux de tension respectifs et dans lequel, en cas de baisse de puissance sur un ou plusieurs sous-réseaux, l'énergie disponible sur un ou plusieurs autres sous réseaux est utilisée pour venir renforcer l'alimentation du ou des sous-réseaux déficients. REVENDICATIONS 1. Système d'alimentation en énergie électrique d'un réseau électrique de bord d'un véhicule automobile, comprenant au moins deux sous-réseaux (12, 14) fournissant des niveaux de tension différents à des charges électriques connectées au réseau, le système comprenant une machine électrique (16) de type alternateur associée à un convertisseur de puissance (18) délivrant aux sous-réseaux (12,14), sous le contrôle d'un système de gestion d'alimentation (20) une énergie électrique auxdits niveaux de tension, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (D, 22, Rp, 26) pour provoquer l'alimentation des charges raccordées à au moins un sous-réseau à partir de l'énergie disponible sur un ou plusieurs autres sous-réseaux en fonction de l'alimentation disponible sur ledit au moins un sous-réseau (12). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux sous-réseaux d'alimentation (12,14), et en ce qu'un convertisseur de tension DC/DC (22;26) piloté par le système de gestion d'alimentation (20) est raccordé entre le premier sous-réseau (12) et le deuxième sous- réseau (14). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les charges électriques comportent des premier et deuxième groupes de charges alimentés respectivement à partir des premier et deuxième sous-réseaux (12,14) et un troisième groupe de charges alimenté sélectivement à partir du premier sous-réseau ou des premier et deuxième sous-réseaux en fonction de l'alimentation disponible sur le premier sous-réseau. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le troisième groupe de charges est raccordé à un réseau connecté au premier réseau par une diode anti-retour (D) et au deuxième réseau par ledit convertisseur de tension DC/DC (22). 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les premier et deuxième sous-réseaux sont chacun pourvus d'un commutateur (R1, R2) piloté par le système de gestion (20) pour le raccordement sélectif des premier et deuxième sous-réseaux à la machine électrique (16) et au convertisseur de puissance (18). 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le premier sous-réseau est un réseau d'alimentation à 12 volts et le deuxième sous-réseau est un réseau d'alimentation à 24 volts. 7. Système selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux sous-réseaux à point milieu à la masse, et en ce que les charges électriques comprennent un premier groupe (G1) de charges alimenté à partir d'un premier niveau de tension délivré par le premier sous-réseau (12), un deuxième groupe (G2) de charges alimenté à partir d'un deuxième niveau de tension délivré par le deuxième sous-réseau (14), un troisième groupe de charges (G3) alimenté à partir d'un troisième niveau de tension délivré conjointement par les premier et deuxième sous- réseaux (12,14), et un quatrième groupe de charges (G4) alimenté sélectivement à partir de l'un des premier et deuxième sous-réseaux. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier niveau de tension est égal à + 12 volts, le deuxième niveau de tension est égal à -12 volts et le troisième niveau de tension est égal à 24 volts. 9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque sous-réseau est pourvu d'une batterie d'alimentation dont la charge est assurée par ladite machine électrique et le commutateur de tension DC!DC sous le contrôle du système de gestion d'alimentation (20). 10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la machine électrique est un alternateur ou un alterno-démarreur.