Brevet FR2928053A1 — publié le 20090828

� Equipement de maintien de la tension pour véhicule automobile � Domaine technique La présente invention concerne un équipement de maintien de la tension pour véhicule automobile Etat de la technique A la figure 1, qui est une vue schématique d'un système de démarrage et de génération électrique pour véhicule automobile, on voit en 5 le réseau de bord du véhicule automobile, en 2 une unité électromécanique, en 10 une première batterie, en 11 une autre batterie ou des supercondensateurs, en K1 un interrupteur et en K2 un commutateur. Le réseau de bord 5 est configuré pour présenter d'une part, une première polarité ou tension connectée à la masse du véhicule automobile elle-même connectée à la première borne négative de la batterie 10, telle qu'une batterie électrochimique au plomb ou au lithium, et d'autre part, une deuxième polarité ou tension de plus fort potentiel connectée à la deuxième borne positive de la première batterie 10, constituant une première source d'énergie électrique. Les consommateurs du véhicule automobile, sont branchés sur le réseau de bord. Ces consommateurs comprennent par exemple l'autoradio, les sièges chauffants, le compresseur de l'installation de chauffage et de climatisation, le moteur électrique de la direction assistée, le dispositif de chauffage de la 2 lunette arrière du véhicule, le moteur électrique de l'installation d'essuyage, le dispositif d'alimentation électrique des projecteurs. L'unité électromécanique 2 permet de réaliser plusieurs fonctions notamment de production d'électricité - fonctionnement en mode générateur électrique- et de production de puissance mécanique- fonctionnement en mode moteur électrique pour notamment démarrer le moteur thermique du véhicule automobile. Cette unité 2 permet de recharger la première batterie 10 et d'alimenter les consommateurs du véhicule en mode générateur électrique. L'unité électromécanique 2 peut être composée en parallèle d'un alternateur polyphasé, tel qu'un alternateur polyphasé à ventilation interne décrit par exemple dans le document WO 03/009452 , et d'un démarreur classique, tel qu'un démarreur du type de celui décrit dans la demande FR 2 863 018. L'unité 2 consiste en variante en un alterno-démarreur polyphasé séparé du type de celui décrit dans les documents FR A 2 745 445 et WO 01/69762 ou du type intégré au niveau du volant moteur du véhicule, comme décrit dans le document FR 2 749 352. L'alterno-démarreur est un alternateur réversible. Dans ce cas le pont redresseur de courant d'un alternateur classique est remplacé par un onduleur à interrupteurs commandés, tels que des transistors du type MOSFET, pour injecter du courant dans les phases du rotor en mode moteur électrique. Dans tous les cas l'alterno-démarreur ou l'alternateur, en mode générateur électrique, transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique. 3 L'alterna-démarreur en mode moteur électrique transforme de l'énergie électrique en énergie mécanique. L'alterna-démarreur permet de réaliser une fonction dite � Stop and Go �, c'est-à-dire d'arrêter le moteur thermique du véhicule, notamment au feux rouge ou en cas d'embouteillage, et de redémarrer celui-ci ultérieurement pour économiser du carburant. En variante cette fonction Stop and Go est réalisée par le démarreur. L'alterno-démarreur peut servir de moteur auxiliaire pour par exemple entraîner le compresseur de l'installation de climatisation lorsque le véhicule est à l'arrêt. L'alterno-démarreur permet de récupérer de l'énergie lors d'un freinage du véhicule. Suivant sa puissance l'alterno-démarreur peut également servir à fournir une énergie supplémentaire pour soutenir le moteur thermique du véhicule, notamment pour éviter que celui-ci cale. Cette fonction étant appelée fonction � BOOST �. L'alterno-démarreur peut en variante servir de moteur de propulsion au véhicule. En variante cet alterno-démarreur est associé à un démarreur comme décrit dans le document WO 01/11231. Cette disposition permet de démarrer le moteur thermique du véhicule par grand froid. La deuxième batterie 11, par exemple une batterie électrochimique au plomb, ou les supercondensateurs 11, appelés également Ultracapacité, seront appelés par simplicité deuxième source d'énergie électrique 11. Cette deuxième source d'énergie électrique 11 permet également 4 d'alimenter les consommateurs et les charges du réseau de bord 5. L'unité 2 permet de recharger la deuxième source d'énergie 11. Cette deuxième source 11 comporte une première borne et une 5 deuxième borne. La tension ou la polarité de la deuxième borne de la source 11 est supérieure à la tension ou polarité de la première borne de la source 11 reliée à la masse. 10 L'interrupteur K1 et le commutateur K2 sont montés dans un boîtier électronique 12, appelé équipement de maintien de la tension permettant d'apporter une énergie supplémentaire à la première source d'énergie 10 et au réseau 5. 15 A la figure 1 l'interrupteur K1 est connecté entre la première polarité du réseau de bord (la masse du véhicule) et la première borne négative correspondante de la deuxième source d'énergie 11. Le commutateur K2 est connecté entre la 20 deuxième polarité du réseau de bord et la deuxième borne positive de la première source d'énergie 10 (la batterie 10). Dans une première position T le commutateur K2 est relié à la fois à la deuxième borne de la 25 deuxième source d'énergie 11 et à la deuxième borne de la première source 10. Dans une seconde position R le commutateur K2 est relié au point commun de l'interrupteur K1 et de la deuxième source 11. 30 L'interrupteur K1 et le commutateur K2 sont dans un mode de réalisation du type électromécanique (relais ou contacteur). En variante ils sont avantageusement du type électronique, c'est-à-dire du type statique et donc plus économiques, moins bruyant, plus fiable et d'une plus grande durée de vie. On peut utiliser par exemple des transistors du type 5 MOSFET par exemple de type N. De préférence chaque transistor est composé de plusieurs transistors montés en parallèle. A la figure 1 (seconde position R du commutateur K2) les 10 deux sources d'énergie 10, 11 sont connectées en série, l'interrupteur K1 étant ouvert. Lorsque le commutateur K2 est dans sa première position T, l'interrupteur K1 est fermé en sorte que les deux sources d'énergie sont en parallèle. 15 Ainsi pendant la phase de démarrage du moteur thermique du véhicule automobile ou durant la fonction BOOST, les deux sources d'énergie 10, 11 sont montées en série en sorte que le couple (et 20 donc la puissance mécanique) de l'unité électromécanique 2 est augmentée sous une tension plus élevée. Lorsque le moteur thermique a démarré les deux sources sont connectées en parallèle ce qui permet de cumuler les réserves d'énergie et donc 25 d'obtenir une puissance électrique plus élevée. Le commutateur K2 est en variante remplacé par deux interrupteurs et est dimensionné en fonction des courants de démarrage. La position de l'interrupteur K1 et du commutateur K2 est gérée par une partie électronique de commande et de contrôle. 30 6 Cette partie électronique de commande et de contrôle, ainsi que l'interrupteur K1 et le commutateur K2, avantageusement tous deux du type 5 électronique, sont montés dans l'équipement de maintien de tension 12. Il est prévu également, au niveau de la première borne négative de la batterie 10, une unité 13, appelée capteur batterie, qui donne des informations 10 notamment sur la température, le courant et la tension de la batterie 10, éventuellement sur l'état de charge et/ou de santé de la batterie 10 afin notamment d'optimiser la réserve d'énergie à fournir pour assurer la fonction � Stop and Go �. 15 Ce capteur 13 comporte une unité de calcul, tel qu'un microcontrôleur ainsi qu'un capteur de courant de la batterie. On voit en pointillés une ligne d'alimentation électrique reliant le capteur 13 à la borne positive de la batterie 10. 20 Ces informations du capteur 13 sont transmises à l'équipement de maintien de tension 12 par l'intermédiaire d'un réseau de communication, par exemple du type LIN. Ce réseau est schématisé en 14 25 à la figure 1. L'équipement 12 reçoit également des informations concernant le fonctionnement du véhicule, notamment les informations de démarrage, démarrage imminent, 30 parking du véhicule, ainsi que des informations sur le débit de l'alternateur ou de l'alterno-démarreur et du contrôle moteur du véhicule. 7 Ainsi on schématisé en 15 le réseau de communication avec le contrôle moteur. Un problème se pose notamment durant les phases de démarrage du véhicule car le capteur batterie 13 ne peut pas être utilisé pour contrôler le courant durant ces phases de démarrage du véhicule. Résumé de l'invention L 'invention a pour objet de résoudre ce problème. Suivant l'invention un équipement de maintien de la tension du type sus indiqué, est caractérisé en ce 15 qu'il comporte le capteur batterie. Ainsi le capteur batterie est intégré dans ledit équipement. 20 Grâce à l'invention on peut utiliser le capteur de courant du capteur batterie pour déterminer les instants de commutation des différents circuits de l'équipement 12. 25 Grâce à l'invention on peut piloter le commutateur K2 et l'interrupteur K1 à l'aide du capteur batterie. Ainsi dès que le courant de la première batterie n 'est pas suffisant, l'équipement de maintien de 30 tension peut venir en aide à la première batterie en insérant dans le circuit la deuxième source d 'énergie, telles que des supercondensateurs, et 8 retirer cette deuxième source dés que le courant de la batterie repasse un autre seuil. On peut utiliser la mesure de la tension de la première batterie pour déterminer son état de charge SOC et / ou son état de santé SOH afin de définir s'il est nécessaire de soutenir la première batterie à l'aide de la deuxième source d'énergie pour les démarrages et les redémarrages du moteur thermique du véhicule. Grâce à l'invention on simplifie la première batterie puisque le capteur batterie est déporté dans l'équipement de maintien de la tension et n'est plus associé à la première borne négative de la batterie, qui peut être ainsi une cosse du type standard. On peut utiliser le microcontrôleur du capteur batterie pour réaliser des tâches de diagnostic et de pilotage de l'équipement de maintien de la tension. Le réseau de communication entre le capteur de la première batterie et l'équipement de maintien de la tension est simplifié puisque le capteur batterie est intégré dans l'équipement de maintien de la tension. La solution selon l'invention est donc économique. D'autres avantages apparaîtront à la lumière de la description et en regard des dessins annexés. 9 Brèves description des figures - la figure 1 est une vue schématique d'un système de démarrage et de génération électrique à équipement de maintien de la tension selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, dans laquelle on a remplacé l'équipement de maintien de la tension par celui de l'invention. Description d'exemples de réalisation Dans les figures les éléments identiques ou analogues seront affectés par des mêmes signes de référence. 15 Ainsi dans le mode de réalisation de la figure 2 le système de démarrage et de génération électrique de véhicule automobile comporte, comme à la figure 1, une unité électromécanique 2, deux sources d'énergie électrique 10, 20 11, un équipement de maintien de la tension 12, à partie électronique de commande et de contrôle, et un réseau de communication 15. Dans cette figure 2, contrairement à la figure 1, le commutateur K2, éventuellement remplacé par deux 25 interrupteurs, est dans sa première position T, tandis que l'interrupteur K1 est fermé. Dans la figure 2 on recherche une simplification de la première batterie 10. Ainsi selon l'invention on intègre le capteur batterie 130 dans l'équipement de maintien de la tension 12 ce qui permet de simplifier le réseau de communication 14 de la 30 10 figure 1 et de simplifier la première borne négative de la première batterie 10 puisque le capteur batterie est déporté dans l'équipement 12, ici à boîtier étanche. On a représenté en pointillés à la figure 2 une ligne d'alimentation électrique du capteur 130 à partir de la borne positive de la batterie 10. Bien entendu cela dépend des applications. En variante l'alimentation du capteur 130 est réalisée à partir de la 10 ligne alimentant le commutateur K2. Le capteur batterie 130, étant doté d'une unité de calcul ici sous la forme d'un microcontrôleur, on tire partie de ce microcontrôleur pour réaliser des tâches de diagnostic 15 et de pilotage de l'équipement 12. Un câble électrique 131 relie la première borne négative de la batterie 10 au capteur batterie 130 monté dans le boîtier étanche de l'équipement 12. 20 Ce capteur 130 comporte un capteur de courant qui mesure le courant de la batterie 10 à partir du courant circulant dans le câble 131. Le capteur 130 comporte également un capteur de tension. 25 Plus précisément, la résistance du câble 131 étant connu, on peut en déduire, par un moyen de calcul appartenant au capteur 130, la tension de la batterie 10 par compensation des chutes de tension dans le câble 131 et maîtrise des connections dans le dispositif 12. 30 Le capteur 130 comporte une sonde de température 150 destinée à mesurer la température ambiante de la première 11 batterie 10. Cette sonde 150 est adjacente à la batterie 10. Le capteur 130 comporte également un second moyen de calcul, qui reçoit l'information brute de la sonde 150 pour en déduire la température interne de la batterie 10 à partir de la température ambiante mesurée par la sonde 150. La sonde 150 peut être implantée sous la batterie 10. La sonde 150 est dans un mode de réalisation une résistance à coefficient négatif du type NTC (Negative Temperature Coefficient en Anglais). Le capteur 130 comporte de manière précitée une unité de calcul qui reçoit ainsi les informations du courant circulant dans la batterie, de la tension de la batterie et de la température de la batterie. L'unité de calcul du capteur 130 comporte également une 20 mémoire et des algorithmes de calcul de l'état de charge SOC et de l'état de santé SOH de la batterie. En fonction des informations de courant, de tension et de température de batterie on peut donc déterminer l'état de charge SOC et/ou l'état de santé SOH de la première 25 batterie 10. A partir de la mesure de la tension de la batterie 10 ou du calcul du SOC et/ou du SOH de la batterie 10 on peut définir s'il est nécessaire de soutenir la batterie 10 à l'aide de la deuxième source d'énergie électrique 11 pour 30 les démarrages et redémarrages du moteur thermique du véhicule. On utilise également le capteur de courant du capteur 130 pour déterminer les instants de commutation des circuits K2 12 et K1 pour venir à partir d'une première valeur du courant en aide à la première batterie 10 en insérant la deuxième source 11. A partir d'une seconde valeur du courant on retire du circuit la deuxième source 11. Lors de l'opération de soutient de la batterie 10 les deux sources d'énergie 10, 11 sont montées en série. La partie de commande de l'équipement 12 agit sur le commutateur K2 et l'interrupteur K1 pour actionner ceux-ci. Cette partie de commande est pilotée par la partie de contrôle de l'équipement 12 recevant les informations du capteur batterie 130. On peut soutenir la batterie 10 également lorsque qu'un radiateur électrique de l'installation de chauffage et de climatisation est mis en service après le démarrage du moteur thermique du véhicule lorsque celui-ci n'est pas encore suffisamment chaud pour chauffer l'habitacle du véhicule. Il en est de même lorsque le chauffage des sièges ou de la lunette arrière est mis en service. Il ressort de la description et des dessins que la deuxième source d'énergie 11 est dans un mode de réalisation une batterie de même nature que la batterie 10. Son voltage est dans un mode de réalisation identique à celui de la batterie 10 par exemple 12V. En variante la deuxième source consiste en des supercondensateurs appelés Ultracapacité. Dans un mode de réalisation ces supercondensateurs sont associés à un convertisseur de courant continu en courant continu. Le convertisseur est dans un mode de réalisation réversible. 13 Les supercondensateurs peuvent être ainsi chargés à une tension plus élevée. Pour plus de précision on se reportera par exemple au document WO 03/088474. Le capteur batterie selon l'invention est en variante monté dans l'équipement de tension de ce document. L'équipement selon l'invention peut donc être d'un type différent de celui de la figure 2.10 Revendications 1. Équipement de maintien de la tension (12) appartenant à un système de démarrage et de génération électrique pour véhicule automobile comprenant une première source d'énergie (10) associée à un capteur batterie (130) et une deuxième source d'énergie (11), caractérisé en ce qu'il comporte le capteur batterie (130). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur batterie (130) comporte une sonde de température (150) destinée à mesurer la température ambiante de la première batterie (10). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur batterie (130) comporte un moyen de calcul, qui reçoit l'information brute de la sonde (150) pour en déduire la température interne de la première batterie (10) à partir de la température ambiante mesurée par la sonde (150). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la sonde (150) est une résistance à coefficient de température négatif. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur batterie (130) est doté d'une unité de calcul , qui pilote le dit équipement. 30