Brevet FR2907979A1 — publié le 20080502

La présente invention a pour objet un système d'alimentation pour bateau. Des systèmes d'alimentation connus comprennent soit un groupe électrogène fournissant un courant continu 144 volts à un parc batterie, qui alimente un moteur de propulsion, soit un groupe électrogène à courant alternatif 230 volts ou 400 volts, qui alimente en direct un moteur de propulsion. Cependant le premier de ces deux systèmes présente l'inconvénient de ne pas fonctionner en cas de panne du parc batterie, le second ne peut pas fonctionner en cas de panne du groupe électrogène, et surtout ne peut pas créer de courant en régénération. La présente invention a pour but de proposer un système d'alimentation qui évite les inconvénient précités, qui soit apte à utiliser un groupe électrogène standard, et qui puisse fonctionner même en cas de panne dans l'ensemble de batteries, ou à l'inverse qui puisse fonctionner en cas de panne du groupe électrogène, dans la limite de l'énergie stockée dans les batteries. La présente invention a également pour but de proposer un système d'alimentation qui soit apte à alimenter un réseau de bord en courant alternatif 115 volts/60 Hertz, ou 230 volts/50 Hertz et un ou plusieurs moteur(s) tout en assurant une régénération lors de navigation à la voile. A cet effet, l'invention a pour objet un système d'alimentation pour bateau comportant au moins un groupe électrogène et un ensemble de batteries, aptes, en combinaison, à alimenter en énergie au moins un moteur et le réseau de bord dudit bateau, caractérisé en ce que le groupe électrogène et ledit ensemble de batteries sont en outre aptes, indépendamment l'un de l'autre, à alimenter ledit au moins un moteur et le réseau de bord. 2907979 2 Grâce à cette conception du système d'alimentation pour bateau, on dispose d'un grand nombre de combinaisons possibles. En effet, le groupe électrogène peut, seul, alimenter uniquement le moteur ou uniquement le réseau de bord ou à la fois le moteur et le réseau de bord 5 dudit bateau. De la même manière, l'ensemble de batteries peut alimenter seul uniquement le moteur ou uniquement le réseau de bord ou à la fois le moteur et le réseau de bord. Enfin, le groupe électrogène et l'ensemble de batteries peuvent ensemble alimenter le moteur seul ou le réseau de bord seul ou le moteur et le réseau de bord. 10 De préférence, le système d'alimentation comporte un interrupteur, disposé en sortie dudit ensemble de batteries, actionnable dans une position fermée, dans laquelle ledit ensemble de batteries est couplé audit groupe électrogène et dans une position ouverte, dans laquelle ledit ensemble de batteries est découplé dudit groupe électrogène. 15 Selon un mode de réalisation de l'invention, le système d'alimentation comporte une platine de gestion apte à régler une fréquence dudit groupe électrogène, de façon à en augmenter la puissance Avantageusement, la tension d'alimentation d'au moins un variateur alimentant ledit au moins un moteur est inférieure à 120V. 20 Selon un mode de réalisation de l'invention, le système d'alimentation comporte un commutateur actionnable par un utilisateur pour sélectionner un mode de fonctionnement dudit système d'alimentation parmi un ensemble de modes de fonctionnement comprenant au moins un mode de fonctionnement dans lequel ledit système d'alimentation est 25 raccordé à une prise de quai, une portion de la puissance fournie par la prise de quai étant réservée pour la recharge dudit ensemble de batteries, 2907979 3 l'autre portion de la puissance étant destinée à l'alimentation dudit réseau de bord. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système d'alimentation comporte un commutateur actionnable par un utilisateur pour 5 sélectionner un mode de fonctionnement dudit système d'alimentation parmi un ensemble de modes de fonctionnement comprenant au moins un mode de fonctionnement dans lequel ledit groupe électrogène est apte à être démarré par un organe de commande en réponse à la sélection dudit mode de fonctionnement, ledit groupe électrogène étant utilisé 10 pour alimenter ledit réseau de bord, une portion de la puissance fournie par le groupe électrogène étant réservée pour la recharge dudit ensemble de batteries. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système d'alimentation comporte un commutateur actionnable par un utilisateur pour 15 sélectionner un mode de fonctionnement dudit système d'alimentation parmi un ensemble de modes de fonctionnement comprenant au moins un mode de fonctionnement dans lequel l'énergie nécessaire à la propulsion du bateau peut être fournie, au choix de l'utilisateur, par ledit ensemble de batteries, par ledit groupe électrogène, ou par une 20 combinaison dudit ensemble de batteries et dudit groupe électrogène. Avantageusement, dans ce mode de réalisation, lorsque l'énergie nécessaire à la propulsion du bateau est fournie par ledit ensemble de batteries, ledit groupe électrogène est automatiquement démarré lorsque l'état de charge dudit ensemble de batteries devient insuffisant. 25 De préférence, lorsque la commande du moteur est au point neutre, ledit système d'alimentation peut déclencher une phase de régénération, dans 2907979 4 laquelle ledit au moins un moteur freine l'arbre d'une hélice pour obtenir du courant. L'invention a également pour objet un équipement électrique comprenant au moins un moteur et un réseau de bord, chacun dudit au 5 moins un moteur et dudit réseau de bord étant apte à être alimenté par un système d'alimentation du type précité. L'invention a également pour objet un bateau, en particulier voilier monocoque ou multicoque du type comprenant au moins un moteur et un réseau de bord, chacun dudit au moins un moteur et dudit réseau de bord 10 étant apte à être alimenté par un système d'alimentation, caractérisé en ce que le système d'alimentation est du type précité. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de 15 réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue schématique fonctionnelle partielle d'un système d'alimentation selon un mode de réalisation de l'invention ; et 20 - la figure 2 est une vue schématique simplifiée en perspective du système d'alimentation de la figure 1 ; En se référant aux figures 1 et 2, on voit un système d'alimentation 1 destiné à être disposé dans un bateau (non représenté), par exemple un voilier de type multicoque. 2907979 5 Le système 1 comporte un module de puissance 15, un module de conversion et de gestion de la puissance 16 et un module de motorisation 17. Le module de puissance 15 comporte un groupe électrogène 2 et un 5 ensemble de batteries 3. La fréquence du groupe électrogène 2 est apte à être contrôlée électroniquement, par exemple entre 50Hz et 60Hz, pour augmenter ou diminuer la puissance fournie par le groupe électrogène 2 en modifiant la vitesse du moteur thermique du groupe électrogène 2. 10 La différentiation des bobinages du groupe électrogène 2 permet de régler l'amplitude de la tension UGE alternative (AC) en sortie du groupe électrogène 2, par exemple UGE=110VAC ou UGE=230VAC. Ainsi, le groupe électrogène 2 peut être réglé pour fonctionner avec un couple tension-fréquence prédéfini, par exemple un couple tension- 15 fréquence de 230VAc/50Hz lorsque le bateau est destiné au marché européen, ou un couple tension-fréquence de 110VAc/60Hz lorsque le bateau est destiné au marché américain ou japonais. L'ensemble de batteries 3 comporte deux blocs de batteries parallèles de tension UBL continue (DC). Par exemple UBL=72VDC, chaque bloc de 20 batteries comportant six batteries au plomb, à électrolyte liquide ou gélifié, de tension sensiblement égale à 12VDC et de capacité électrique sensiblement égale à 200Ah. L'énergie totale stockée par chaque bloc de batteries est dans cet exemple environ égale à 14400Wh. La sortie de l'ensemble de batteries 3 comporte un interrupteur, par 25 exemple un disjoncteur thermique 18, qui fait office de coupe batterie, c'est-à-dire que, lorsque le disjoncteur 18 est fermé (courant passant), l'ensemble de batteries 3 est couplé au groupe électrogène 2, et, lorsque 2907979 6 le disjoncteur 18 est ouvert (courant non passant), l'ensemble de batteries 3 est découplé du groupe électrogène 2. Le module de conversion et de gestion de la puissance 16 comporte une platine de commutation 4, une platine de gestion d'énergie 5 et un 5 dispositif 6 réalisant une fonction de convertisseur de tension AC/DC et une fonction de chargeur. Le dispositif 6 est par exemple un convertisseur/chargeur 220VAC/72VDc. Le dispositif 6 n'a pas été représenté sur la figure 1 par souci de clarté. Le dispositif 6 est connecté, d'une part, au groupe électrogène 2, pour réaliser la conversion AC/DC 10 de la tension fournie par le groupe électrogène 2, et, d'autre part, à l'ensemble de batteries 3, via le disjoncteur thermique 18, pour permettre la charge de l'ensemble de batteries 3. On notera que, l'ensemble de batteries 3 n'étant pas câblé en série entre le groupe électrogène 2 et les moteurs 8, 9, les batteries ne servent pas de 15 tampon de redressement de la tension. Ainsi, lorsqu'une batterie est en panne, le système 1 n'est pas paralysé. La platine de gestion 5 est destinée à sélectionner, gérer et piloter la distribution de la puissance, d'une part, vers des éléments de bord (non représentés) branchés à un réseau de bord, qui comprennent par exemple 20 un micro-onde, un système de climatisation, etc., et, d'autre part, vers le module de motorisation 17. Sur la figure 2, la connexion électrique entre le système d'alimentation 1 et le réseau de bord est symbolisée par un câble électrique 14. Le système d'alimentation comporte donc des moyens de sélection, gestion et distribution de la puissance d'une part 25 vers le réseau de bord, d'autre part vers le module de motorisation et en particulier vers le moteur. 2907979 7 Le module 16 comporte un commutateur à cinq positions 7 (visible sur la figure 2) connecté à la platine de gestion 5. Le commutateur 7 est destiné à être actionné par un utilisateur pour sélectionner un mode de fonctionnement de l'ensemble de l'architecture du système 1. 5 La platine de gestion 5 comporte, ou coopère avec, une platine de commutation 4 comportant des contacteurs pilotés par des relais électroniques. Les contacteurs permettent de contrôler le transfert d'énergie entre les différents éléments du système de motorisation 1. La platine de gestion 5 est apte à recevoir des informations de type TOR 10 (Tout Ou Rien) en provenance du commutateur 7, d'un contacteur à clé (non représenté) et d'un ensemble de capteurs (non représentés), comprenant notamment un capteur de présence de prise de quai et/ou un capteur de source d'énergie disponible. La platine de gestion 5 est également apte à recevoir des informations de type analogique relatives à 15 la tension aux bornes de chacun des deux blocs de batteries, au courant circulant dans les deux blocs de batteries et aux courants dans le(s) moteur(s). En fonction des informations reçues, la platine de gestion 5 commande, notamment, l'ouverture ou la fermeture de chaque contacteur de la 20 platine de commutation, la mise en service du chargeur de batteries du dispositif 6, le démarrage du groupe électrogène 2, et/ou le changement de fréquence du groupe électrogène 2. Le module de motorisation 17 comporte deux variateurs 12 et 13 connectés, d'une part, à deux moteurs 8 et 9 du bateau, respectivement, 25 et, d'autre part, au dispositif 6. Les deux moteurs 8 et 9 sont aptes à entraîner en rotation, respectivement, deux hélices 10 et 11. La platine de gestion 5 est apte à commander les variateurs 12, 13. 2907979 8 Les moteurs 8, 9 sont par exemple des moteurs HPM (Hybrid Permanent Magnet), de puissance sensiblement égale à 8kW, de tension sensiblement égale à 72VDc, de couple sensiblement égal à 115Nm, et de nombre de rotations par minute sensiblement égal à 700 rpm. 5 Le moteur 8 (respectivement le moteur 9) permet d'assurer, en combinaison avec le variateur 12 (respectivement le variateur 13), aussi bien la propulsion du bateau que la régénération d'électricité, tel que cela sera décrit en détail plus loin. On notera que la tension d'alimentation des variateurs 12, 13 est de 10 72VDc, contrairement à certaines applications qui utilisent du 144VDc, ce qui permet de respecter la norme NFC 15-100 préconisant une tension inférieure à 120VDc pour protéger les personnes. Ce niveau de tension permet également d'utiliser des composants standards, car le 72VDc est le niveau de tension utilisé, notamment, par la SNCF et par la plupart des 15 engins de manutention. Les moteurs 8, 9 sont alimentés par les variateurs 12, 13 en triphasé 45V. On va maintenant décrire le fonctionnement du système d'alimentation 1, en partant d'un état dans lequel un utilisateur a commandé la mise en fonctionnement du système 1 à l'aide du contacteur à clé. 20 Dans cet état, l'utilisateur sélectionne, à l'aide du commutateur 7, un mode de fonctionnement du système d'alimentation 1. Le premier mode de fonctionnement correspond à l'utilisation d'une prise de quai, raccordée au système d'alimentation 1 par le biais d'un câble électrique 19, et apte à fournir de l'énergie électrique au système 1 25 et au réseau de bord. Dans ce mode de fonctionnement, la platine de gestion 5 commande la réserve d'une portion de la puissance fournie par la prise de quai, dite puissance de recharge PR, pour la recharge de 2907979 9 l'ensemble de batteries 3. Par exemple PR= 2880W. La platine de gestion 5 inhibe les commandes des moteurs. Le deuxième mode de fonctionnement correspond à un arrêt du système d'alimentation 1. Dans ce mode de fonctionnement, la platine de gestion 5 5 inhibe toutes les fonctions. Le troisième mode de fonctionnement correspond à une alimentation du réseau de bord, les moteurs 8, 9 n'étant pas alimentés. La platine de gestion 5 commande le démarrage du groupe électrogène 2 puis l'utilisation du groupe électrogène 2 pour alimenter le réseau de bord, 10 donc les éléments de bord qui y sont branchés. La platine de gestion 5 commande la réserve d'une portion de la puissance fournie par le groupe électrogène 2, dite puissance de recharge PR2, pour la recharge de l'ensemble de batteries 3. Par exemple PR2= 2880W. Le quatrième mode de fonctionnement correspond à une alimentation du 15 réseau de bord et des moteurs 8, 9. On notera que l'alimentation des moteurs 8, 9 est réalisée via les variateurs 12, 13, respectivement. Dans ce mode de fonctionnement, la platine de gestion 5 commande le démarrage du groupe électrogène 2 et commande la limitation de la puissance des moteurs à 60% de leur puissance maximale. Cette fonction 20 de limitation de puissance des moteurs est assurée par les variateurs 12, 13. Une portion de la puissance fournie par le groupe électrogène 2, dite puissance de bord PB, est réservée pour l'alimentation des éléments de bord. Par exemple PB= 7kW. Une portion de la puissance fournie par le groupe électrogène 2, dite puissance de propulsion Pp, est réservée à la 25 propulsion. Par exemple Pp= 4kW. Les valeurs de puissance PB et Pp données à titre d'exemple correspondent à un groupe électrogène dont la puissance est sensiblement égale à 11kW. On notera que, si le groupe 2907979 10 électrogène 2 est plus puissant, la puissance réservée pour l'alimentation des éléments de bord augmente au delà de7kW, tandis que la puissance réservée à la propulsion reste égale. Dans le quatrième mode de fonctionnement, en phase de propulsion, 5 c'est-à-dire lorsque la commande moteur est enclenchée en marche avant ou en marche arrière, l'énergie nécessaire à la propulsion peut être fournie par le groupe électrogène 2 ou par la combinaison de l'ensemble de batteries 3 et du groupe électrogène 2. Cette caractéristique permet d'utiliser un groupe électrogène 2 moins puissant que dans l'art antérieur 10 puisque l'ensemble de batteries 3 peut compléter l'énergie fournie par le groupe électrogène 2 en cas de besoin. Dans le quatrième mode de fonctionnement, lorsque la commande du moteur est au point neutre, la platine de gestion 5 peut déclencher une phase de régénération. La régénération est donc transparente pour 15 l'utilisateur. Les conditions de déclenchement d'une phase de régénération comprennent par exemple une vitesse minimale Vm;n de rotation d'arbre d'hélice 10, 11. Par exemple vmin=150rpm. A partir de la vitesse vm;n, la régénération augmente progressivement en fonction de l'accélération du bateau donc de l'entraînement de l'hélice 10, 11. En 20 phase de régénération, le moteur 8, 9 freine l'arbre de l'hélice 10, 11, respectivement, de quelques tours, pour obtenir du courant. Le courant maximal lmax de régénération est par exemple de 25A. La pression sur l'hélice 10, 11 est contrôlée quelle que soit la vitesse du bateau pour ne pas dépasser cette valeur. En fin de charge, c'est-à-dire lorsque les 25 batteries de l'ensemble de batteries 3 sont pleines, la pression sur l'hélice 10, 11 est relâchée. 2907979 11 Le cinquième mode de fonctionnement correspond à une alimentation des moteurs 8, 9. Le réseau de bord n'est pas alimenté. Dans ce mode de fonctionnement, l'utilisateur peut choisir de ne pas démarrer le groupe électrogène 2. L'énergie nécessaire à la propulsion peut donc être fournie 5 par l'ensemble de batteries 3, par le groupe électrogène 2, ou par une combinaison de l'ensemble de batteries 3 et du groupe électrogène 2. En d'autres termes, lorsque le disjoncteur 18 est ouvert (courant non passant) les moteurs 8, 9 sont alimentés par le groupe électrogène 2 via le dispositif 6, et, lorsque le disjoncteur 18 est fermé (courant passant), 10 les moteurs 8, 9 sont alimentés soit par l'ensemble de batteries 3 uniquement, lorsque le groupe électrogène 2 est arrêté, soit par une combinaison de l'ensemble de batteries 3 et du groupe électrogène 2, lorsque le groupe électrogène 2 est démarré. Lorsque le groupe électrogène est arrêté et que la platine de gestion 5 15 détecte que l'état de charge de l'ensemble de batteries 3 devient insuffisant, la platine de gestion 5 commande le démarrage du groupe électrogène 2. Dans le cinquième mode de fonctionnement, la fréquence du groupe est automatiquement réglée à 60 Hertz pour 230 volts, ce qui permet d'augmenter la puissance du groupe électrogène 2. 20 De même que dans le quatrième mode de fonctionnement, lorsque la commande du moteur est au point neutre, la platine de gestion 5 peut déclencher une phase de régénération. Des variantes sont possibles. En particulier, le nombre de variateurs n'est pas limitatif. Par exemple, lorsque le système d'alimentation 1 est utilisé 25 dans un voilier de type monocoque, il ne comporte qu'un variateur, destiné à être connecté au moteur du voilier. 2907979 12 Pour réaliser la transmission de données, les câbles électriques reliant les différents éléments du système d'alimentation 1 peuvent être remplacés par des fibres optiques ou par un bus de communication. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec un mode de 5 réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système d'alimentation (1) pour bateau comportant au moins un groupe électrogène (2) et un ensemble de batteries (3), aptes, en combinaison, à alimenter en énergie au moins un moteur (8, 9) et le réseau de bord dudit bateau, caractérisé en ce que le groupe électrogène (2) et ledit ensemble de batteries (3) sont en outre aptes, indépendamment l'un de l'autre, à alimenter ledit au moins un moteur (8, 9) et le réseau de bord. 2. Système d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un interrupteur (18), disposé en sortie dudit ensemble de batteries (3), actionnable dans une position fermée, dans laquelle ledit ensemble de batteries (3) est couplé audit groupe électrogène (2) et dans une position ouverte, dans laquelle ledit ensemble de batteries (3) est découplé dudit groupe électrogène (2). 3. Système d'alimentation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une platine de gestion (5) apte à régler une fréquence dudit groupe électrogène (2), de façon à en augmenter la puissance. 4. Système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 20 3, caractérisé en ce que la tension d'alimentation d'au moins un variateur (12, 13) alimentant ledit au moins un moteur est inférieure à 120V. 5. Système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur (7) actionnable par un utilisateur pour sélectionner un mode de fonctionnement dudit 25 système d'alimentation (1) parmi un ensemble de modes de fonctionnement comprenant au moins un mode de fonctionnement dans lequel ledit système d'alimentation (1) est raccordé à une prise de quai, 13 2907979 14 une portion de la puissance fournie par la prise de quai étant réservée pour la recharge dudit ensemble de batteries (3), l'autre portion de la puissance étant destinée à l'alimentation dudit réseau de bord. 6. Système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 4, caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur (7) actionnable par un utilisateur pour sélectionner un mode de fonctionnement dudit système d'alimentation (1) parmi un ensemble de modes de fonctionnement comprenant au moins un mode de fonctionnement dans lequel ledit groupe électrogène (2) est apte à être démarré par un organe 10 de commande (5) en réponse à la sélection dudit mode de fonctionnement, ledit groupe électrogène (2) étant utilisé pour alimenter ledit réseau de bord, une portion de la puissance fournie par le groupe électrogène (2) étant réservée pour la recharge dudit ensemble de batteries (3). 15 7. Système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur (7) actionnable par un utilisateur pour sélectionner un mode de fonctionnement dudit système d'alimentation (1) parmi un ensemble de modes de fonctionnement comprenant au moins un mode de fonctionnement dans lequel l'énergie nécessaire à la propulsion du bateau peut être fournie, au choix de l'utilisateur, par ledit ensemble de batteries (3), par ledit groupe électrogène (2), ou par une combinaison dudit ensemble de batteries (3) et dudit groupe électrogène (2). 8. Système d'alimentation selon la revendication 7, caractérisé en ce que, lorsque l'énergie nécessaire à la propulsion du bateau est fournie par ledit ensemble de batteries (3), ledit groupe électrogène (2) est 2907979 15 automatiquement démarré lorsque l'état de charge dudit ensemble de batteries (3) devient insuffisant. 9. Système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, caractérisé en ce, lorsque la commande du moteur est au point neutre, 5 ledit système d'alimentation (1) peut déclencher une phase de régénération, dans laquelle ledit au moins un moteur (8, 9) freine l'arbre d'une hélice (10, 11) pour obtenir du courant. 10. Equipement électrique comprenant au moins un moteur (8, 9) et un réseau de bord, chacun dudit au moins un moteur et dudit réseau de bord 10 étant apte à être alimenté par un système d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11. Bateau, en particulier voilier monocoque ou multicoque du type comprenant au moins un moteur (8, 9) et un réseau de bord, chacun dudit au moins un moteur et dudit réseau de bord étant apte à être alimenté par 15 un système d'alimentation, caractérisé en ce que le système d'alimentation est conforme à l'une des revendications 1 à 9.