Brevet FR2889117A1 — publié le 20070202

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 d'autonomie, il est connu d'équiper les véhicules électriques de batteries dites d'énergie dont les performances sont largement supérieures à celles des technologies antérieures dites de première génération . Toutefois les accélérations et le roulage à des vitesses élevées conduisent à des décharges importantes des batteries dites d'énergie du fait des grandes puissances requises par la motorisation de ces véhicules électriques. Ces décharges importantes détériorent les batteries de ce type et diminuent largement leur durée de vie. Par ailleurs, des batteries dites de puissance sont capables de fournir des puissances importantes sans dégradation significative de leurs performances. Cependant, les batteries de puissance présentent un fort encombrement dû à une faible capacité spécifique et sont plus coûteuses que les batteries d'énergie. 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 km/h, 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 une batterie d'énergie et une batterie de puissance, 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 elles toute leur énergie sans diminuer leur durée de vie. En outre, ce système présente également l'avantage d'optimiser l'encombrement et les coûts. 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 étant caractérisé en ce qu'il comprend: - 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 celle du premier moteur; - un premier dispositif de transmission de l'énergie entre des roues motrices et le premier moteur un deuxième dispositif de transmission de l'énergie entre des roues motrices et le deuxième moteur; - la première et la deuxième batterie étant respectivement une batterie d'énergie et une batterie de puissance, la première batterie présentant un rapport puissance sur énergie inférieure à celui de la deuxième batterie. 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 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 phase de 10 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 dite d'énergie, et un deuxième moteur électrique 5 alimenté en courant par une deuxième batterie rechargeable 6 dite de puissance. Les deux moteurs 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. Ainsi, il permet au véhicule de rouler à une vitesse stabilisée jusqu'à environ 90 km/h. Le deuxième moteur 5 est de puissance supérieure à celle du premier moteur 3. Selon un mode 30 de réalisation, il est apte à fournir une puissance permettant au véhicule de rouler à une vitesse constante supérieure à environ 90 Km/h. Avantageusement, le deuxième moteur est apte à fournir une puissance supérieure à 1,5 fois la puissance du premier moteur et de préférence supérieure à 2 fois la puissance du second 35 moteur. 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 une batterie d'énergie. Elle est adaptée à une utilisation dans les phases de roulage à vitesse constante peu élevée, par exemple jusqu'à 90 Km/h. En effet, les batteries d'énergie sont adaptées pour fournir des puissances peu variables et relativement faibles, mais ne sont pas adaptées pour travailler à puissance variable, aussi bien en charge qu'en décharge. Ainsi, l'effet Ragone, qui dégrade les performances: perte de capacité et de durée de vie, est évité. Les batteries d'énergie présentent une capacité spécifique importante. Ainsi, les batteries d'énergie sont peu volumineuses. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la première batterie présente un rapport puissance sur énergie (mesurés respectivement en kWh et en kW) inférieur ou égal à 1,5. Avantageusement, la première batterie présente un rapport puissance sur énergie supérieur à 0,5. II peut également être prévu que cette première batterie 4 alimente les servitudes et fonctions auxiliaires du véhicule au moyen d'un convertisseur DC/DC. La deuxième batterie 6 est une batterie de puissance. Elle présente un rapport puissance sur énergie supérieur à la première batterie. Cette batterie 6 est adaptée à une utilisation durant les phases nécessitant de fortes puissances ou de fortes variations de puissance telles que les phases d'accélération importante ou de roulage à vitesse élevée. En choisissant de manière judicieuse la puissance maximale de la batterie, on évite l'effet Ragone, tout en conservant une durée de vie optimale de la batterie. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la deuxième batterie présente un rapport puissance sur énergie supérieur à 1,5. Avantageusement, la deuxième batterie présente un rapport puissance sur énergie supérieur à 2. Les couples de batteries utilisées peuvent par exemple être Lithium-Ion pour la batterie d'Energie et Lithium-Ion pour la batterie de puissance ou Nickel-Sodium pour la batterie d'Energie et Lithium-Ion pour la batterie de puissance. Notons que même s'il s'agit de batteries de même appellation, les batteries peuvent être basées sur des technologies, des encombrements et des coûts différents. Le système 1 comprend également un premier dispositif de transmission de l'énergie (non représenté) entre les roues motrices 2 et le premier moteur 3 et un second dispositif de transmission de l'énergie entre le deuxième moteur 5 et les roues 2. Dans un mode de réalisation de l'invention, le deuxième dispositif de transmission comprend des moyens d'embrayage et de débrayage du deuxième moteur 5. L'activation des moyens d'embrayage est rendue possible grâce à des moyens de mesure de la puissance fournie par la première batterie, des moyens électroniques de mémorisation des seuils de puissance et des moyens électroniques de comparaison de la puissance fournie avec lesdits seuils de puissance. 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. 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. 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. 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 d'Energie, la deuxième batterie 6 de puissance est capable de recevoir de forts courants de charge de l'ordre de Cil (charge totale en 1 heure) ou 2C (charge totale en une 1/2 heure), 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. Notons que dans un mode de réalisation de l'invention, les batteries peuvent être rechargées au moyen d'un générateur électrique entraîné par un moteur thermique. REVENDICATIONS 1. Système d'entraînement (1) des roues motrices (2) d'un véhicule automobile à motorisation électrique, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comprend: - un premier moteur électrique (3) alimenté en courant par une première batterie rechargeable (4), ledit premier moteur (3) étant de puissance suffisante pour assurer le déplacement du véhicule dans des conditions de roulage dites standard ; - 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 (4); - un premier dispositif de transmission de l'énergie entre des roues motrices (2) et le premier moteur (3); - un deuxième dispositif de transmission de l'énergie entre des roues motrices (2) et le deuxième moteur (5); - la première (4) et la deuxième batterie (6) étant respectivement une batterie d'énergie et une batterie de puissance, la première batterie (4) présentant un rapport puissance sur énergie inférieur à celui de la deuxième batterie (6). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première batterie (4) présente un rapport puissance sur énergie inférieur ou égal à 1,5 et la deuxième batterie (6) présente un rapport puissance sur énergie supérieur à 1,5. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première batterie (4) présente un rapport puissance sur énergie supérieur à 0,5 et la deuxième batterie (6) présente un rapport puissance sur énergie supérieur à 2. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le deuxième moteur (5) est apte à fournir une puissance supérieure à 1,5 fois la puissance du premier moteur (3). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le deuxième moteur (5) est apte à fournir une puissance supérieure à 2 fois la puissance du premier moteur (3). 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le 35 deuxième dispositif de transmission comprend des moyens d'embrayage et de débrayage du deuxième moteur (5). 10 15 7. 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 6, 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 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). 8. Procédé de commande selon la revendication 7, 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). 9. Procédé de commande selon la revendication 7 ou 8, 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). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le 25 deuxième moteur (5) est apte à fournir une puissance supérieure à 1,5 fois la puissance du premier moteur (3). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le deuxième moteur (5) est apte à fournir une puissance supérieure à 2 fois la puissance du premier moteur (3). 12. 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 6, le premier (3) et le deuxième (5) moteur étant prévus dans un montage coaxial.