Brevet FR2926684A1 — publié le 20090724

SYSTEME D'ALIMENTATION ELECTRIQUE D'UN VEHICULE, NOTAMMENT D'UN VEHICULE AUTOMOBILE HYBRIDE. La présente invention concerne un système d'alimentation électrique d'un véhicule, notamment un véhicule automobile hybride, c'est-à-dire un véhicule à traction électrique pure ou à traction thermique pure ou mixte : thermique et électrique. On connaît déjà de tels systèmes d'alimentation qui comportent généralement un dispositif de stockage d'énergie électrique qui lui-même est généralement constitué de deux organes de stockage : l'un de stockage de puissance, tel qu'un super-condensateur ou un ensemble de super-condensateurs, et l'autre, de stockage d'énergie, tel qu'une batterie ou un ensemble de batteries. Comme cela est représenté à la Fig. 1, un tel dispositif de stockage comporte, outre l'organe de stockage de puissance 10 et l'organe de stockage d'énergie 11, un dispositif d'échange d'énergie 12 prévu pour que lesdits organes de stockage échangent entre eux une puissance électrique variable dans un sens ou dans l'autre. Le dispositif d'échange 12 peut se présenter sous la forme d'un convertisseur électrique. Comme cela est connu en soi, l'organe de stockage de puissance 10 (super-condensateur ou ensemble de super-condensateurs) est relié au moteur de traction électrique 13 du véhicule. Ainsi, pendant les moments de traction, le moteur 13 consomme l'énergie de l'organe de stockage de puissance 11 alors que, pendant les moments de freinage, il restitue de l'énergie électrique audit organe 11. Par ailleurs, le véhicule est équipé d'un réseau électrique de bord 14 auquel sont connectés des équipements électriques 15a consommateurs d'énergie tels que des essuie-glaces, des autoradios, etc. et des équipements électriques 15b fournisseurs d'énergie tels qu'un alternateur qui, lui, est généralement entraîné par un moteur 16, autre que le moteur de traction électrique 13, en l'occurrence, un moteur thermique. Selon l'état de la technique, ce réseau électrique de bord 14 est relié à la sortie de l'organe de stockage de puissance 10 par l'intermédiaire d'un second dispositif d'échange d'énergie 17, se présentant par exemple lui aussi sous la forme d'un convertisseur, prévu pour échanger une puissance électrique entre les équipements 15a et 15b et les organes de stockage 10 et 11, soit dans un sens soit dans l'autre, selon, d'une part, la phase présente de fonctionnement du véhicule (moteur thermique démarré ou pas, phase d'accélération ou du freinage du véhicule, etc.) et, d'autre part, les états de charge des organes de stockage 10 et 11. L'inconvénient d'un tel système d'alimentation électrique résulte essentiellement du fait qu'il possède deux dispositifs d'échange d'énergie 12 et 17. Outre que cela entraîne un coût et un encombrement ainsi qu'un poids supplémentaire, cela entraîne parfois des pertes de puissance valant alors la somme des pertes de puissance dans chacun des convertisseurs. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus en proposant un système d'alimentation électrique d'un véhicule, notamment un véhicule automobile hybride, du type comportant un organe de stockage de puissance et un organe de stockage d'énergie, ledit organe de stockage de puissance étant destiné à alimenter un moyen de traction électrique dudit véhicule, ledit véhicule étant pourvu d'un réseau électrique de bord auquel sont branchés au moins un équipement fournisseur d'énergie électrique et au moins un équipement consommateur d'énergie électrique. A cet effet, ledit système est caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif d'échange d'énergie qui est prévu pour permettre des transferts de puissance entre, l'organe de stockage de puissance, l'organe de stockage d'énergie et les équipements électriques branchés sur le réseau électrique de bord. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif d'échange d'énergie permet lesdits transferts de puissance en fonction des phases présentes de fonctionnement du véhicule et/ou des états de charge des organes de stockage. Selon un mode de réalisation, le dispositif d'échange permet le transfert de la puissance de l'organe de stockage de puissance vers, d'une part, l'organe de stockage d'énergie et, d'autre part, le réseau de bord lors d'un freinage récupératif du véhicule. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif d'échange permet le transfert de la puissance de l'organe de stockage d'énergie vers, d'une part, l'organe de stockage de puissance et, d'autre part, le réseau de bord lorsque le véhicule est entraîné par ledit moyen de traction électrique. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif permet le transfert de la puissance de l'organe de stockage d'énergie vers le réseau de bord, l'organe de stockage de puissance ne recevant pas de puissance lorsque ledit ou lesdits équipements fournisseurs d'énergie électrique ne fournissent pas d'énergie électrique. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif d'échange permet le transfert de la puissance du réseau de bord ainsi que de l'organe de stockage de puissance vers l'organe de stockage d'énergie lorsque ledit ou au moins un desdits équipements fournisseurs d'énergie électrique fournissent de l'énergie électrique lors d'un freinage récupératif du véhicule. Selon un mode de réalisation particulier, ledit dispositif d'échange comporte un noyau magnétique sur lequel sont enroulés au moins trois enroulements, un premier desdits enroulements étant relié par l'intermédiaire d'un premier convertisseur continu/alternatif audit organe de stockage de puissance, un second enroulement étant relié par l'intermédiaire d'un second convertisseur continu/alternatif audit organe de stockage d'énergie et un troisième enroulement étant relié par l'intermédiaire d'un troisième convertisseur continu/alternatif audit réseau électrique de bord auquel lesdits équipements électriques sont branchés. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant des modes de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite, est un schéma synoptique d'un système d'alimentation selon un mode de réalisation de l'état de la technique, et - la figure 2 est un schéma synoptique d'un système d'alimentation selon la présente invention. Un système d'alimentation électrique d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile hybride, c'est-à-dire un véhicule à traction électrique pure ou à traction thermique pure, ou mixte : thermique et électrique, selon l'invention comporte, à l'instar d'un système d'alimentation selon l'état de la technique, un organe de stockage de puissance 10, par exemple constitué d'un super-condensateur ou d'un ensemble de super-condensateurs, et un organe de stockage d'énergie 11, par exemple constitué d'une batterie ou d'un ensemble de batteries. Par ailleurs, le moteur de traction électrique 13 est branché en parallèle sur l'organe de puissance 10. Le véhicule comporte en outre, comme cela est classique, un réseau électrique de bord 14 auquel sont reliés des équipements consommateurs d'énergie 15a, tels que des essuie-glaces, un autoradio, etc. et des équipements fournisseurs d'énergie électrique 15b, tels qu'un alternateur entraîné par un moteur 16 autre que le moteur de traction électrique 13 du véhicule, tel qu'un moteur thermique. Comme on peut le voir sur la Fig. 2, un système d'alimentation selon l'invention ne comporte qu'un unique dispositif d'échange d'énergie 20 qui est prévu pour permettre des transferts de puissance entre, l'organe de stockage de puissance 10 (super-condensateur ou ensemble de super-condensateurs), l'organe de stockage d'énergie 11 (batterie ou ensemble de batteries) et les équipements électriques 15a et 15b branchés sur le réseau électrique de bord 14. Ces transferts de puissance dépendent des phases présentes de fonctionnement du véhicule (moteur thermique entraînant les équipements fournisseurs d'énergie 15b démarré ou pas, phase d'accélération ou de freinage du véhicule, etc.) ainsi que des états de charge des organes de stockage 10 et 11. Par exemple, les modes de fonctionnement du dispositif d'échange d'énergie 20 suivants peuvent être cités . -lors d'un freinage récupératif du véhicule, le dispositif d'échange 20 transfère de la puissance de l'organe de stockage de puissance 10 vers, d'une part, l'organe de stockage d'énergie 11 et, d'autre part, le réseau de bord 14 ; - lorsque le véhicule est entraîné par le moteur de traction électrique 13, le dispositif d'échange 20 transfère de la puissance de l'organe de stockage d'énergie 11 vers, d'une part, l'organe de stockage de puissance 10 et, d'autre part, le réseau de bord 14 ; - lorsque le véhicule est arrêté et que son moteur thermique 16 est éteint, le dispositif d'échange 20 transfère de la puissance de l'organe de stockage d'énergie 11 vers le réseau de bord 14, l'organe de stockage de puissance 10 ne recevant pas de puissance ; - lorsque le moteur thermique 16 est en marche et/ou lors d'un freinage récupératif du véhicule, le dispositif d'échange 20 transfère de la puissance du réseau de bord 14 ainsi que de l'organe de stockage de puissance 10 vers l'organe de stockage d'énergie 11. Ces modes de fonctionnement ont été donnés ici à titre illustratif mais l'homme du métier comprendra que d'autres modes de fonctionnement peuvent également être envisagés. On a représenté à la Fig. 3 un mode de réalisation d'un dispositif d'échange d'énergie 20 pouvant être utilisé dans un système d'alimentation selon la présente invention. Il comporte trois paires de bornes 21, 22 et 23 destinées à être respectivement reliées aux bornes correspondantes de l'organe de stockage d'énergie 11, de l'organe de stockage de puissance 10 et du réseau électrique de bord 14. Il comporte trois convertisseurs continu/alternatif 24, 25 et 26 respectivement reliés à trois enroulements 27, 28 et 29 enroulés sur un même noyau magnétique 30. L'ensemble constitué des trois enroulements 27, 28 et 29 et le noyau magnétique 30 constitue un transformateur. Ainsi, lorsqu'un desdits enroulements 27, 28 et 29 est alimenté par un courant alternatif, celui- ci engendre dans le noyau 30 un flux magnétique proportionnel à l'intensité dudit courant, au nombre de spires dudit enroulement et inversement proportionnel à la réluctance dudit noyau 30. Les autres enroulements sont traversés par ce même flux magnétique et génèrent alors un courant alternatif qui assure ainsi le transfert de puissance. Chaque convertisseur continu/alternatif 24, 25, 26 est prévu pour assurer l'interface entre, d'une part, la tension continue des organes de stockage 10 et 11 et le réseau électrique de bord 14 et, d'autre part, la tension alternative aux bornes des enroulements 27, 28 et 29. Chaque convertisseur 24, 25, 26 est par exemple constitué d'un onduleur piloté par un circuit de commande électronique 31 approprié. Il peut encore être constitué, comme cela est le cas du convertisseur représenté à la Fig. 4, d'un pont en H à quatre éléments de commutation 41 à 44, chaque élément de commutation étant alors piloté par un circuit de commande électronique 31 approprié. Le circuit de commande 31 est prévu pour, d'une part, détecter les phases présentes de fonctionnement du véhicule (moteur thermique entraînant les équipements fournisseurs d'énergie 15b démarré ou pas, phase d'accélération ou de freinage du véhicule, etc.) ainsi que les états de charge des organes de stockage 10 et 11 et, d'autre part, commander les convertisseurs 24, 25 et 26 de manière à ce que le dispositif d'échange 20 fonctionne dans le mode souhaité, par exemple un des modes de fonctionnement décrits ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Système d'alimentation électrique d'un véhicule, notamment un véhicule automobile hybride, du type comportant un organe de stockage de puissance (10) et un organe de stockage d'énergie (11), ledit organe de stockage de puissance (10) étant destiné à alimenter un moyen de traction électrique (13) dudit véhicule, ledit véhicule étant pourvu d'un réseau électrique de bord (14) auquel sont branchés au moins un équipement fournisseur d'énergie électrique (15b) et au moins un équipement consommateur d'énergie électrique (15a), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif d'échange d'énergie (20) qui est prévu pour permettre des transferts de puissance entre, l'organe de stockage de puissance (10), l'organe de stockage d'énergie (11) et les équipements électriques branchés (15a et 15b) sur le réseau électrique de bord (14). 2. Système d'alimentation revendication 1, caractérisé en d'échange d'énergie (20) puissance en fonction fonctionnement du véhicule et/ou des états de charge organes de stockage. 3. Système d'alimentation électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'échange (20) transfère de la puissance de l'organe de stockage de puissance (10) vers, d'une part, l'organe de stockage d'énergie (11) et, d'autre part, le réseau de bord (14) lors d'un freinage récupératif du véhicule. 4. Système d'alimentation électrique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif d'échange (20) transfère de la puissance de l'organe de stockage d'énergie (11) vers, d'une part, l'organe de permet des électrique selon la ce que le dispositif lesdits transferts de phases présentes de desstockage de puissance (10) et, d'autre part, le réseau de bord (14) lorsque le véhicule est entraîné par ledit moyen de traction électrique (13). 5. Système d'alimentation électrique selon une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le dispositif (20) transfère de la puissance de l'organe de stockage d'énergie (11) vers le réseau de bord (14), l'organe de stockage de puissance (10) ne recevant pas de puissance lorsque le véhicule est arrêté et que ledit ou lesdits équipements fournisseurs d'énergie électrique ne fournissent pas d'énergie électrique. 6. Système d'alimentation électrique selon une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le dispositif d'échange (20) transfère de la puissance du réseau de bord (14) ainsi que de l'organe de stockage de puissance (10) vers l'organe de stockage d'énergie (11) lorsque ledit ou au moins un desdits équipements fournisseurs d'énergie électrique (15b) fournissent de l'énergie électrique lors d'un freinage récupératif du véhicule. 7. Système d'alimentation électrique selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif d'échange (20) comporte un noyau magnétique (30) sur lequel sont enroulés au moins trois enroulements (26, 27 et 28), un premier desdits enroulements étant relié par l'intermédiaire d'un premier convertisseur continu/alternatif audit organe de stockage de puissance (10), un second enroulement étant relié par l'intermédiaire d'un second convertisseur continu/alternatif audit organe de stockage d'énergie (11) et un troisième enroulement étant relié par l'intermédiaire d'un troisième convertisseur continu/alternatif audit réseau électrique de bord (14) auquel lesdits équipements électriques (15a et 15b) sont branchés.