Brevet FR2943284A1 — publié le 20100924

DESCRIPTION Domaine technique : La présente invention concerne un dispositif électrique complet pour véhicules du parc automobile existant (occasions ou neufs) fonctionnant à la base avec des carburants fossiles (véhicules essence, diesel, GNV, GPL) ou des biocarburants (dont les véhicules à pile à combustible et les véhicules à hydrogène). Ce dispositif électrique peut également être adapté aux véhicules hybrides thermiques 1 électriques et aux véhicules tout électriques. 10 Dans le cas des véhicules thermiques (c'est-à-dire à carburants fossiles ou à biocarburants), le dispositif de base permet de les transformer en véhicules hybrides thermique / électrique en ajoutant notamment un démarreur moteur alternateur (1) (en Iieu et place du démarreur traditionnel) et éventuellement des moteurs générateurs freins (26) pour roue, un boîtier ou une unité de gestion électronique (13) et des batteries additionnelles (18) et / ou des super condensateurs (23) (la description complète du dispositif dans ce cas est 15 faite plus loin). Dans le cas des véhicules hybrides et des véhicules tout électriques (conçus d'origine comme tels), le dispositif, qui ne comporte alors pas le démarreur moteur alternateur (1), permet d'améliorer l'autonomie et les performances via l'ajout des moteurs générateurs freins (26) pour roue et des batteries additionnelles (18) 20 et / ou des super condensateurs (23) notamment. Etat de la technique antérieure ; A ce jour, les véhicules hybrides thermique / électrique sont conçus selon différentes architectures 25 (disposition et gestion du moteur thermique et du ou des moteurs/génératrices électriques) mais aucune architecture propose un moteur électrique à l'emplacement du démarreur traditionnel. Le moteur électrique est le plus fréquemment situé dans le volant moteur, en sortie de vilebrequin. Il existe déjà des véhicules proposant la fonction arrêt / redémarrage du moteur thermique lors d'un arrêt 30 momentané du véhicule. Cependant cette fonction n'a jamais été associée à un démarreur moteur alternateur. Il existe déjà des architectures proposant un moteur électrique pour roue mais pas la combinaison moteur électrique à l'emplacement du démarreur et moteur électrique pour roue. A ce jour, il existe des véhicules comportant des éléments de carrosserie à récupération d'énergie solaire 35 mais pas des éléments de vitrage à récupération d'énergie solaire. A noter que le dispositif propose une batterie constituée de plusieurs éléments amovibles et transportables dans le but de les recharger via un chargeur extérieur au véhicule (utilisable dans une habitation par exemple), ce qui n'existe pas sur d'autres véhicules. 40 Il n'existe pas non plus de véhicules munis de super condensateurs. JExuosé de l'invention Dans le cas d'un véhicule thermique traditionnel (à carburant fossile ou à biocarburant), l'invention consiste à ajouter un dispositif permettant de le transformer en véhicule hybride thermique / électrique. Le dispositif de base comprend les éléments suivants : un démarreur moteur alternateur (1) (en lieu et place du démarreur traditionnel) dont le rôle est 10 d'assurer les fonctions démarreur (pour démarrer le moteur thermique (2)), moteur électrique (propulsant le véhicule) et alternateur (générateur). Il comporte en sortie un pignon à denture hélicoïdale (3). un volant moteur à denture hélicoïdale (4) (en remplacement du volant moteur à denture droite existant) en liaison avec le pignon à denture hélicoïdale (3) du démarreur moteur alternateur (1) (le 15 système d'embrayage (5) et la boîte de vitesses (6) restent inchangés). une batterie additionnelle (18) et / ou des super condensateurs (23) servant à l'alimentation du démarreur moteur alternateur (1). La batterie additionnelle (18) a la particularité d'être constituée d'éléments empilables par exemple de forme torique dans le cas d'un emplacement à la place de la roue de secours), amovibles et transportables (via un système de poignée (19)) dans le but de les 20 recharger (éventuellement) depuis une habitation via un chargeur optionnel. un boîtier de gestion électronique (13) gérant l'ensemble de l'installation et les différentes phases de fonctionnement. un écran afficheur (40) situé dans l'habitacle indiquant au minimum l'autonomie estimée en mode électrique. 25 un câble (25) avec sa prise pour secteur (34) permettant de recharger les batteries du véhicule (sans extraire les éléments de batteries) et les super condensateurs (18) si présents. Cette prise est adaptée au format du réseau en vigueur. toutes les connexions électriques nécessaires à l'installation des différents composants. 30 A noter que l'installation doit prendre en compte l'alternateur (7) et son circuit de charge, sa courroie d'entraînement (8) et la batterie d'origine (16) ainsi que les informations vitesse du moteur (10) et du véhicule (15), et les consignes d'accélération (38) et de freinage (39). A noter également que l'ensemble pignon (3) / volant moteur (4) est à denture hélicoïdale afin de générer le 35 moins de bruit possible (comparativement à un ensemble à denture droite). Le dispositif de base décrit ci-dessus peut être complété par les options suivantes (selon la demande et le véhicule) : un moteur générateur frein (26) pour roue (pour un ou plusieurs trains roulants) en plus du 40 démarreur moteur alternateur (1). Le moteur générateur frein (26) peut entraîner une roue, ou récupérer l'énergie cinétique pour la transformer en énergie électrique, ou être utilisé en fonction frein. La gestion est faite par le boîtier de gestion électronique (13). une ou plusieurs surfaces à récupération d'énergie solaire (31) (éléments de carrosserie et / ou de vitrage du véhicule). Les éléments solaires remplacent les éléments d'origine du véhicule ou bien les éléments d'origine du véhicule subissent une transformation. une pile à combustible (33) servant à l'alimentation électrique du démarreur moteur alternateur (1) et des moteurs générateurs freins (26) aux roues. un réservoir (34) associé à la pile à combustible (dans ce cas, l'écran afficheur d'habitacle (40) indique aussi le niveau du réservoir (34)). 10 un chargeur externe (21) pour les éléments amovibles de la batterie additionnelle (18). Celui-ci est externe au véhicule et est utilisable sur secteur 220V 50Hz ou 110V 60Hz. Dans le cas de véhicules hybrides thermiques / électriques (d'origine) ou de véhicules tout électriques, le 15 dispositif comporte moins d'éléments. Dans ce cas précis, il est constitué des éléments suivants : le moteur générateur frein (26) pour roue éventuellement (pour un ou plusieurs trains roulant). la batterie additionnelle (18) constituée d'éléments empilables, amovibles et transportables (via le système de poignée (19)) dans le but de les recharger (éventuellement) depuis une habitation via un chargeur optionnel. Cette batterie peut compléter la batterie d'origine du véhicule ou la remplacer. 20 A la place de cette batterie additionnelle (18) ou en complément, le dispositif peut proposer des super condensateurs (23). le boîtier de gestion électronique (13) gérant l'ensemble de l'installation. l'écran afficheur (40) situé dans l'habitacle. le câble (25) avec sa prise secteur (24) permettant de recharger les batteries du véhicule (sans 25 extraire les éléments de batteries) et les super condensateurs (23) si présents (prise adaptée au format du réseau en vigueur). toutes les connexions électriques nécessaires à l'installation des différents composants. Le dispositif de base décrit ci-dessus peut être complété par les options suivantes (selon la demande et le 30 véhicule) : une ou plusieurs surfaces à récupération d'énergie solaire (31) (éléments de carrosserie et / ou de vitrage du véhicule). Les éléments solaires remplacent les éléments d'origine du véhicule ou bien les éléments d'origine du véhicule subissent une transformation. - la pile à combustible (33). 35 - le réservoir (34) associé à la pile à combustible (dans ce cas, l'écran afficheur d'habitacle (40) indique aussi le niveau du réservoir (34)). - le chargeur externe (21) pour les éléments amovibles de la batterie additionnelle (18). Celui-ci est externe au véhicule et est utilisable sur secteur 220V 50Hz ou 110V 60Hz. 40 Brève présentation des figures : La figure 1 (synoptique du dispositif de transformation pour un véhicule thermique), la figure 2 (synoptique du dispositif de transformation pour un véhicule. hybride) et la figure 3 (synoptique du dispositif de transformation pour un véhicule électrique) annexées illustrent l'invention. Exposé �taillé d'au moins un mode de réalisation de l'invention : Cas des véhicules thermiques d'origine (à carburant fossile ou à biocarburant) : En référence à la figure 1, le dispositif comporte le démarreur moteur alternateur (1) relié au moteur thermique (2) par l'intermédiaire d'un volant moteur (4) spécifique à denture hélicoïdale. Ce dernier est entraîné par le démarreur moteur alternateur (1) via un pignon à denture hélicoïdale (3). 15 Le démarreur moteur alternateur (1) est relié au boîtier de gestion électronique (13) via la connexion électrique (12). L'alternateur d'origine (7) est entraîné par le moteur thermique (2) à l'aide de la courroie d'entraînement d'origine (8). Le courant de charge débité par l'alternateur est transmis au boîtier de gestion électronique 20 (13) par la connexion électrique (14). A noter que le dispositif d'embrayage (5) ainsi que la boîte de vitesses (6) sont d'origine, tout comme le boîtier de gestion du moteur thermique (9) (calculateur). En plus de la batterie d'origine (16) du véhicule, le dispositif comporte une batterie additionnelle (18) (et / ou des super condensateurs (23)) placée par exemple dans le coffre, à la place de la roue de secours ou dans 25 l'habitacle. Les roues d'un, plusieurs ou tous les trains roulants du véhicule peuvent être équipées en option d'un moteur générateur frein (26) relié au boîtier de gestion électronique (13) par la connexion électrique (27). 30 Le véhicule peut être équipé également en option d'un ou plusieurs éléments de carrosserie et / ou vitrages à récupération d'énergie solaire (31) reliés au boîtier de gestion électronique (13) par la connexion électrique (32). De même le véhicule peut être équipé en option d'une pile à combustible (33) et de son réservoir (34). La 35 pile à combustible est reliée au boîtier de gestion électronique (13) par la connexion électrique (36). Elle sert également à l'alimentation électrique du démarreur moteur alternateur (1) et des moteurs générateurs freins (26) aux roues. La batterie additionnelle (18) (et / ou les super condensateurs (23)) et la batterie d'origine (16) sont couplées 40 au boîtier de gestion électronique (13) par les connexions électriques (20) et (17). 10 Dans le cas de la batterie additionnelle (18), celle-ci est constituée d'éléments empilables, amovibles et transportables (via le système de poignée (19)) dans le but de les recharger (éventuellement) depuis une habitation via le chargeur externe (21) pour les éléments amovibles de la batterie additionnelle (18). Celui-ci est externe au véhicule et est utilisable sur secteur 220V 50Hz ou 110V 60Hz. Le ou les éléments de la batterie additionnelle (18) sont reliés au chargeur (21) par la connexion électrique (22). Le chargeur externe (21) est disponible en option. Le boîtier de gestion électronique (13) comporte également un câble (25) muni d'une prise de courant (24) permettant de recharger directement la batterie additionnelle (18) (et / ou les super condensateurs (23)) et la batterie d'origine (16) sans extraire aucun élément du véhicule. Cette prise est adaptée au secteur en vigueur (220V 50Hz ou 110V 60Hz). Le boîtier de gestion électronique (13) est relié à l'écran afficheur (40) situé dans l'habitacle par l'intermédiaire d'une connexion électrique (41). Cet écran afficheur indique au minimum l'autonomie estimée en mode électrique (et le niveau du réservoir (34) de la pile à combustible (33) si ces derniers sont montés dans le véhicule). Le rôle du boîtier de gestion électronique (13) est de : gérer la mise en marche, l'arrêt et les différents types de fonctionnement du démarreur moteur alternateur (1) (et des moteurs générateurs freins aux roues (26) si présents) ainsi que l'arrêt et la mise en marche de l'injection et de l'allumage du moteur thermique (2) via le boîtier de gestion du moteur d'origine (9). Cette fonction concerne l'accélération, la vitesse constante, le ralentissement, le freinage et l'arrêt du véhicule. gérer la charge et la décharge de la batterie additionnelle (18) (ou des super condensateurs (23)) et de la batterie d'origine (16). gérer les énergies électriques provenant de l'alternateur d'origine (7), des éléments de carrosserie et / ou de vitrage à récupération d'énergie solaire (31), de la pile à combustible (33), et des moteurs générateurs freins aux roues (26) (si ces trois options sont présentes dans le dispositif). gérer l'écran afficheur d'habitacle (40) en lui communiquant au minimum l'autonomie estimée en fonctionnement électrique du véhicule (et également le niveau du réservoir (34) de la pile à combustible, le cas échéant). Le niveau du réservoir (34) est communiqué au boîtier de gestion électronique (13) via la connexion électrique (37). Pour que le boîtier de gestion électronique (13) remplisse son rôle, il doit prendre en compte les informations de base suivantes : consigne d'accélération (via la connexion électrique (38)), consigne de freinage (via la connexion électrique (39)), vitesse du moteur thermique (via la connexion électrique (10) par l'intermédiaire du boîtier de gestion moteur (9)), niveau de charge de la batterie additionnelle (18) et / ou des super condensateurs (23) (via la connexion électrique (20)), niveau de charge de la batterie d'origine (16) (via la connexion électrique (17)), niveau du réservoir (34) (si présent) de la pile à combustible (via la connexion électrique (36)), état de marche ou d'arrêt du système d'allumage et du système d'injection du moteur thermique (via la connexion électrique (Il) par l'intermédiaire du bottier de gestion moteur (9)), vitesse du véhicule (via la connexion électrique (15)). L'ensemble comporte toutes les connexions électriques nécessaires. 10 Le démarreur moteur alternateur (1) peut être utilisé dans les configurations suivantes : Lorsque le démarreur moteur alternateur (1) est utilisé en tant que démarreur, il fonctionne comme un démarreur traditionnel et consomme du courant fourni par les diverses sources d'énergies électriques directes du véhicule disponibles (la batterie additionnelle (18) (et / ou les super 15 condensateurs (23)), la batterie d'origine (16), la pile à combustible (33) (si présent), et les éléments de carrosserie et / ou de vitrage à récupération solaire (31) (si présents)). Le démarreur moteur alternateur (1) entraîne le moteur thermique (2) par l'intermédiaire de l'ensemble pignon hélicoïdal (3) / volant moteur à denture hélicoïdale (4). Les systèmes d'allumage et d'injection du moteur thermique (2) sont gérés comme pour un démarreur classique. 20 Lorsque le démarreur moteur alternateur (1) fonctionne en tant que moteur électrique, il peut erre alimenté par la batterie additionnelle (18) (et /ou les super condensateurs (23)), la batterie d'origine (16), la pile à combustible (33) (si présent) et les éléments solaires (31) (si présents). II y a deux cas possibles : o Les systèmes d'allumage et d'injection du moteur thermique (2) sont désactivés, le 25 véhicule est donc utilisé en configuration électrique uniquement, o Les systèmes d'allumage et d'injection du moteur thermique (2) sont activés, le démarreur moteur alternateur est alors utilisé en parallèle du moteur thermique. Lorsque le démarreur moteur alternateur (1) est utilisé en tant qu'alternateur (générateur), il est alors entraîné par le moteur thermique (2), ce dernier pouvant être sollicité (consigne d'accélération 30 demandée par le conducteur, ou maintien d'une vitesse constante) ou alors entraîné par l'énergie cinétique du véhicule. Dans ce cas, le démarreur moteur alternateur (1) et l'alternateur d'origine (7) rechargent la batterie additionnelle (18) (et / ou les super condensateurs (23)) et la batterie d'origine (16) par l'intermédiaire du boîtier de gestion électronique (13). 35 Les moteurs générateurs freins (26) (optionnels) ont trois rôles : moteur pour entraîner chacune des roues concernées (en assistance du démarreur moteur alternateur (1)), générateur d'énergie d'électrique lorsque l'énergie cinétique du véhicule est motrice, et frein lorsque le conducteur actionne la pédale de freins (frein principal ou en assistance ; le frein de parking n'est pas concerné). 40 A noter que les moteurs générateurs freins (26) peuvent fonctionner indépendamment les uns des autres (gestion de la répartition de freinage ou de sollicitation moteur par le boîtier de gestion électronique (13)), ce qui permet de contrôler la stabilité du véhicule dans toutes les conditions d'adhérence possibles (accélération, freinage, tenue de route), du moins si toutes les roues en sont équipées. Les moteurs générateurs freins (26) peuvent également fonctionner indépendamment du démarreur moteur alternateur (1). Dans le cas d'un fonctionnement en moteur thermique priorisé, le boîtier de gestion électronique (13) permet l'arrêt et le (re)démarrage du moteur thermique (2) lors d'un arrêt momentané (à un feu rouge notamment). 10 Cette fonction arrête le moteur thermique lorsque le conducteur passe au point mort et relâche la pédale d'embrayage (cas d'une boîte de vitesses mécanique). Lorsqu'il appuie de nouveau sur la pédale d'embrayage (avant de passer une vitesse), la fonction redémarre le moteur thermique (2). Celle-ci est gérée par le bottier de gestion électronique (13) et réalisée par le démarreur moteur alternateur (1). Dans le cas d'une boîte de vitesses automatique ou robotisée, la fonction arrête le moteur thermique lorsque 15 le conducteur immobilise le véhicule (vitesse nulle) et maintient une pression sur la pédale de frein. La fonction relance le moteur thermique dès que le conducteur relâche la pédale de frein. Cas des véhicules hybrides thermique / électrique d'origine : En référence à la figure 2, le dispositif est le même que celui faisant référence à la figure 1 (pour véhicule 20 thermique) hormis le fait que le véhicule hybride propose déjà un moteur électrique. Le démarreur moteur alternateur (1) n'est donc pas proposé dans le dispositif de même que le pignon à denture hélicoïdale (3) et le volant moteur à denture hélicoïdale (4). Par ailleurs, dans ce cas, la connexion électrique (14) relie le boîtier de gestion électronique (13) au moteur électrique d'origine (et pas à l'alternateur comme suivant la figure 1). 25 Cas des véhicules électriques d'origine : Dans ce cas, le dispositif fait référence à la figure 3. Celui-ci est quasiment identique à la figure 2. Les différences concernent la suppression de tous les éléments liés au moteur thermique (2) ainsi que la connexion électrique correspondante (12). 30 Indication de la manière dont l'invention est susceptible d'application industrielle : Ce dispositif est particulièrement destiné aux véhicules conçus d'origine avec un moteur thermique uniquement, le but étant de rendre l'hybridation thermique / électrique accessible au parc automobile 35 existant (neuf ou occasion). Ce dispositif peut aussi être appliqué à des véhicules hybrides de série ou à des véhicules tout électriques (avec moins d'éléments que pour les véhicules thermiques) dans le but d'améliorer leur autonomie et leurs performances. 40 REVENDICATIONS1) Dispositif ajouté à un véhicule thermique du parc automobile existant (neuf ou occasion) caractérisé en ce qu'il comporte les éléments de base suivants: o un démarreur moteur alternateur (1) en lieu et place du démarreur traditionnel. Celui-ci comporte un pignon à denture hélicoTdale (3) en sortie. o un volant moteur à denture hélicoTdale (4) (en remplacement du volant moteur d'origine) en liaison avec le pignon à denture hélicoTdale (3). o une batterie additionnelle (18) et / ou des super condensateurs (23). 10 o un écran afficheur d'habitacle (40). o un câble (25) avec prise secteur (24) reliée directement au véhicule pour recharger les batteries additionnelles (18) et d'origine (16) et / ou les super condensateurs (23). o une unité de gestion électronique (13). o toutes les connexions électriques nécessaires. 15 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il peut comprendre en option(s) les éléments suivants : o un moteur générateur frein (26) pour roue (à chaque train roulant, plusieurs ou tous). o une pile à combustible (33). 20 o un réservoir (34) pour la pile à combustible. o des éléments de carrosserie et / ou de vitrage à récupération d'énergie solaire (31) (en lieu et place des éléments remplacés). o un chargeur externe (21) pour les éléments amovibles de la batterie additionnelle (18). 25 3) Dispositif ajouté à un véhicule hybride thermique / électrique ou tout électrique (neuf ou occasion) caractérisé en ce qu'il comporte les éléments de base suivants : o un moteur générateur frein (26) pour roues (à chaque train roulant, plusieurs ou tous). o une batterie additionnelle (18) et / ou des super condensateurs (23). o un écran afficheur d'habitacle (40). 30 o un câble (25) avec prise secteur (24) reliée directement au véhicule pour recharger les batteries additionnelle (18) et d'origine (16) et / ou les super condensateurs (23). o une unité de gestion électronique (13). o toutes les connexions électriques nécessaires. 35 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il peut comprendre en option(s) les éléments suivants : o une pile à combustible (33). o un réservoir (34) pour la pile à combustible. o des éléments de carrosserie et / ou de vitrage à récupération d'énergie solaire (31) (en lieu 40 et place des éléments remplacés).o un chargeur externe (21) pour les éléments amovibles de la batterie additionnelle (18). 5) Dispositif selon la revendication 1 ou la 2 caractérisé en ce que le démarreur moteur alternateur (1) est un organe capable de fonctionner en tant que démarreur du moteur thermique (2), moteur électrique (situé en lieu et place du démarreur classique) et alternateur (générateur). Il est également capable de gérer la fonction arrêt et redémarrage du moteur thermique lors d'une courte immobilisation du véhicule (feu rouge par exemple). 6) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le démarreur moteur alternateur (1) est utilisé dans les configurations suivantes : Lorsque le démarreur moteur alternateur (1) est utilisé en tant que démarreur, il fonctionne comme un démarreur traditionnel et consomme du courant fourni par les diverses sources d'énergies électriques directes du véhicule disponibles (la batterie additionnelle (18) (et / ou les super condensateurs (23)), la batterie d'origine (16), la pile à combustible (33) (si présent), et les éléments de carrosserie et / ou de vitrage à récupération solaire (31) (si présents)). Le démarreur moteur alternateur (1) entraîne le moteur thermique (2) par l'intermédiaire de l'ensemble pignon hélicoYdal (3) / volant moteur à denture hélicoTdale (4). Les systèmes d'allumage et d'injection du moteur thermique (2) sont gérés comme pour un démarreur classique. Lorsque le démarreur moteur alternateur (1) fonctionne en tant que moteur électrique, il est alimenté par la batterie additionnelle (18) (et / ou les super condensateurs (23)) et / ou la batterie d'origine (16) et / ou la pile à combustible (33) (si présent) et / ou les éléments solaires (31) (si présents). Il y a deux cas possibles : o Les systèmes d'allumage et d'injection du moteur thermique (2) sont désactivés, le véhicule est donc utilisé en configuration électrique uniquement, o Les systèmes d'allumage et d'injection du moteur thermique (2) sont activés, le démarreur moteur alternateur est alors utilisé en parallèle du moteur thermique. Lorsque le démarreur moteur alternateur (1) est utilisé en tant qu'alternateur (générateur), il est alors entraîné par le moteur thermique (2), ce dernier pouvant être sollicité (consigne d'accélération demandée par le conducteur, ou maintien d'une vitesse constante) ou alors entraîné par l'énergie cinétique du véhicule. Dans ce cas, le démarreur moteur alternateur (1) et l'alternateur d'origine (7) rechargent la batterie additionnelle (18) (et / ou les super condensateurs (23)) et la batterie d'origine (16) par l'intermédiaire d'une unité de gestion électronique (13). 7) Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que le moteur générateur frein (26) est un organe capable de fonctionner en tant que moteur électrique entraînant directement une roue, générateur d'énergie électrique à partir de l'énergie cinétique de la roue, et frein de roue (utilisable en frein principal ou en assistance du frein mécanique). Il est également capable de gérer l'adhérence du véhicule en agissant indépendamment sur les roues du véhicule dans toutes les configurations (accélération, freinage, tenue de route).40 8) Dispositif selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce qu'il comporte une batterie additionnelle composée d'éléments empilables, amovibles et transportables. 9) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte une batterie additionnelle (18) de forme torique. 10)Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comporte des éléments de batterie rechargeables aussi bien sur un chargeur externe (depuis une habitation par exemple) que depuis le véhicule (en reliant celui-ci à une prise secteur). 10 15 20 25 30 35 40