Brevet FR2945996A1 — publié le 20101203

SYSTEME D'ALIMENTATION ELECTRIQUE D'UN VEHICULE A MOTEUR THERMIQUE MUNI D'UN DISPOSITIF D'ARRET ET DE REDEMARRAGE AUTOMATIQUE [000l] La présente invention concerne un système d'alimentation électrique d'un véhicule à moteur thermique muni d'un dispositif d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique, ledit dispositif étant souvent désigné par � Stop & Start � (S&S). [0002] Les équipements électriques équipant les véhicules automobiles sont de 10 plus en plus nombreux. On peut par exemples citer les dispositifs S&S, les directions assistées, les climatiseurs ou encore les freins électriques. [0003] La plupart de ces équipements consomment un courant électrique important pendant de courts instants. Il a donc été nécessaire d'ajouter à la batterie classique de 12 Volts une ou plusieurs sources d'énergie électrique supplémentaire(s), afin 15 d'être capable de fournir la puissance électrique demandée et afin d'éviter une chute de tension électrique sur le réseau de bord sur lequel sont connectés les différents consommateurs électriques du véhicule. [0004 Une solution classique consiste à utiliser comme source d'énergie supplémentaire une deuxième batterie ou une ou plusieurs capacités de valeur 20 importante. Ces capacités sont habituellement appelées des super-capacités et désignées par le mot Ucap. Ces super-capacités sont généralement associées à des convertisseurs du type DC/DC afin d'ajuster la tension qu'elles fournissent à la tension d'alimentation des équipements électriques qu'elles alimentent. [0005] Certains véhicules commercialisés sont munis d'un dispositif de maintien de 25 tension, connu sous l'abréviation DMT, monté en série ou en parallèle avec la batterie. Le DMT consiste en une source d'énergie additionnelle gérée par son électronique, permettant de faciliter le démarrage et d'éviter les chutes de tension sur le réseau de bord du véhicule. [0006] Ces solutions posent en fait des problèmes de complexification de l'architecture électrique du véhicule, une augmentation de la masse du véhicule, une perte de volume disponible sous le capot due à l'encombrement du DMT et une diminution des performances pour les organes non alimentés par le convertisseur. [0007] A titre d'exemples, on peut citer le brevet FR 2902705 qui concerne principalement une pluralité de stratégies de pilotage d'un système micro-hybride pour un véhicule automobile, toute l'intelligence nécessaire au pilotage du système micro-hybride étant intégrée audit système. Les inconvénients de la solution proposée sont, d'une part, l'utilisation d'un nombre important de cellules élémentaires (généralement de 2,5 V) de super-capacités et, d'autre part, la connexion des super-condensateurs à la masse électrique. [0008] On peut également citer le brevet EP 1034092 qui concerne un circuit électrique d'un véhicule automobile, ce circuit étant muni d'une deuxième source d'énergie électrique et d'une pluralité de relais. La configuration décrite est semblable à celle du brevet FR 2902705 précité : le super-condensateur est chargé à une tension voisine de la tension de la batterie et il est relié à la masse. [0009] La présente invention propose une nouvelle architecture du système d'alimentation permettant de supprimer totalement ou partiellement au moins l'un des inconvénients des solutions connues. [ooio] De façon plus précise, l'invention concerne un système d'alimentation électrique d'un véhicule à moteur thermique équipé d'un dispositif d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique, ledit système d'alimentation comportant un réseau de bord auquel sont connectés des consommateurs électriques, des moyens de démarrage/redémarrage du moteur, une batterie alimentant le réseau de bord et lesdits moyens de démarrage/redémarrage, et un dispositif DMT de maintien de tension, [0011] Selon l'invention, le réseau de bord est connecté à la batterie par l'intermédiaire du dispositif DMT. [0012] De façon avantageuse, le dispositif DMT est relié au pôle positif de la batterie. [0013] Selon un premier mode de réalisation, les moyens de démarrage/redémarrage du moteur sont connectés au dispositif DMT, en aval de ce dispositif, ce dernier étant un dispositif centralisé par lequel passe tout le courant électrique d'alimentation du véhicule. Les moyens de démarrage/redémarrage peuvent être connectés entre le dispositif DMT et la masse GMP du groupe motopropulseur. [0014] Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, les moyens de démarrage/redémarrage sont reliés à la batterie, en amont du dispositif DMT, le courant d'alimentation du réseau de bord passant par le dispositif DMT et le courant d'alimentation des moyens de démarrage/redémarrage ne passant plus par le dispositif DMT. Les moyens de démarrage/redémarrage peuvent être connectés entre la batterie et la masse GMP. [0015] Préférentiellement, le système de l'invention comprend les caractéristiques ou éléments suivants : • un indicateur de charge de la batterie, connecté entre la batterie et le dispositif DMT. • les moyens de démarrage/redémarrage peuvent comporter un démarreur, et 20 un alternateur ou un alterno-démarreur. • le système d'alimentation peut comporter un boitier comportant au moins deux des éléments suivants : ledit indicateur de l'état de charge de la batterie, des moyens de distribution de l'énergie électrique entre les organes consommateurs d'énergie électrique du véhicule, des moyens de protection 25 électrique des organes du véhicule, des moyens de commutation électrique des organes, et le dispositif DMT. [0016] Selon une variante de réalisation, le dispositif DMT peut comporter une source d'énergie électrique supplémentaire et des moyens de connexion de ladite source d'énergie. [0017] Selon une autre variante de réalisation, le dispositif DMT peut comporter un 5 convertisseur de courant et des moyens de connexion dudit convertisseur. [0018] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : • la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation de 10 l'invention, • la figure 2 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation de l'invention, et • la figure 3 représente schématiquement un dispositif DMT de maintien de tension. 15 [0019] Sur la figure 1 qui représente schématiquement un premier mode de réalisation de l'invention, le réseau de bord 10 du véhicule est relié électriquement à une batterie 11, par exemple une batterie classique au plomb de 12 Volts, par l'intermédiaire d'un dispositif centralisé DMTc 12 de maintien de tension et d'un indicateur 13 de l'état de charge de la batterie 11. Le dispositif DMTc 12 se compose 20 de deux parties : une source d'énergie électrique additionnelle 14, par exemple une super-capacité, et une partie électronique 15. Le dispositif DMTc est connecté, par l'intermédiaire de l'indicateur de charge 13, au pôle positif P de la batterie 11.Des moyens de démarrage/redémarrage 16 du moteur thermique du véhicule sont connectés électriquement à la sortie 17 du DMTc. Ces moyens 16 peuvent 25 comporter un démarreur 18 et un alterno-démarreur ou alternateur réversible 19. Le démarreur 18 et l'alterno-démarreur 19 sont connectés entre la sortie 17 du DMTc et la masse 20 du groupe motopropulseur GMP. La borne négative N de la batterie 11 est connectée à la masse 21 de la caisse du véhicule. [0020] La source d'énergie additionnelle 14 sert à compenser la chute de tension sur la source d'énergie principale (la batterie 11) lors de la phase critique de démarrage ou de redémarrage. [0021] L'alterno-démarreur peut être un alternateur réversible, c'est-à-dire un dispositif capable de fonctionner en alternateur, donc en générateur de courant lorsqu'il est entrainé par le moteur thermique, et capable de fonctionner en moteur électrique afin de servir de démarreur pour les phases de redémarrage piloté par le système Stop & Start (non représenté). [0022] L'indicateur 13 de l'état de charge de la batterie peut comprendre un capteur 10 de courant et des moyens de mesure de la tension et de la température de la batterie. [0023] Le schéma d'un dispositif de maintien de tension est représenté sur la figure 3. La borne positive P de la batterie 11 est connectée à l'entrée 23 du DMT 12 et plus précisément à la source d'énergie additionnelle 14 et à la partie électronique 15 15. Cette dernière se compose principalement de deux dispositifs de commutation K1 et K2, par exemple des transistors de puissance de type MOSFET (par exemple quatre transistors de type SPPB-100 NO3 connectés en parallèle pour supporter les courants de démarrage ou de redémarrage dans le mode de réalisation de la figure 1). La sortie 22 du DMT est connectée au réseau de bord et, pour le mode de 20 réalisation de la figure 1, aux moyens de démarrage/redémarrage 16. [0024] Le commutateur K1 est en permanence en position fermée (afin d'assurer la distribution du courant vers le réseau de bord) sauf durant les phases de redémarrage et éventuellement de démarrage. La plupart du temps, le courant passe par K1, la batterie alimentant le réseau de bord. Inversement, le commutateur 25 K2 est en position ouverte en permanence, sauf durant les phases de redémarrage et éventuellement de démarrage. Quand le moteur redémarre (ou éventuellement démarre), la source additionnelle 14 est alors sollicitée : la tension disponible pour alimenter le réseau de bord et l'alterno-démarreur (ou du démarreur) étant alors celle de la batterie 11, plus celle de la source additionnelle. [0025] Le pilotage des commutateurs K1 et K2 est effectué par un calculateur (non représenté), par exemple le microcontrôleur de gestion du fonctionnement moteur. Ce calculateur peut assurer l'acquisition et le traitement de mesures de tension et de courant (par exemple, les tensions en entrée des commutateurs K1 et de K2 et/ou les courants traversant les commutateurs K1 et K2). Il peut également assurer l'acquisition d'informations externes et il peut en déduire, selon une stratégie prédéfinie, la commande des commutateurs K1 et K2. [0026] L'entrée 23 du DMT est connectée à la borne positive P de la batterie 11, la borne négative N étant reliée à la masse 24. [0027] Le DMT de la figure 1 (DMTc) est dit � centralisé � car il se situe en amont de toute la distribution électrique du véhicule. En d'autres termes, tout le courant électrique d'alimentation de l'ensemble (réseau de bord et démarrage/redémarrage) du véhicule passe par le DMTc. [0028] Le DMTc assure deux fonctions : d'une part, maintenir le niveau de tension 15 pour le réseau de bord et, d'autre part, fournir un surcroit de puissance électrique (� boost � en anglais) pour le redémarrage. [0029] La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention. Les éléments communs aux deux modes de réalisation (figures 1 et 2) sont désignés par les mêmes numéros de référence, à savoir la batterie 11 avec ses pôles positif P et 20 négatif N, l'indicateur de l'état de charge 13 de la batterie, le réseau de bord 10, le démarreur 18, l'alterno-démarreur 19, la masse 20 et la masse 21. [0030] Le système d'alimentation comporte un DMT (non centralisé) 25 dont l'entrée 26 est reliée au pole P de la batterie, par l'intermédiaire de l'indicateur 13 de charge de la batterie. La sortie 27 du DMT est connectée au réseau de bord 10. Les 25 moyens de démarrage/redémarrage 16 (le démarreur 18 et l'alterno-démarreur 19) sont connectés à l'entrée 26 du DMT, donc en amont du DMT. Ce dernier n'est donc plus centralisé. Il est appelé � DMT réseau � car il n'est plus traversé que par le courant électrique alimentant le réseau de bord 10. Il n'est donc plus traversé par le courant électrique de démarrage ou de redémarrage. Ce DMT assure donc la fonction de maintien de tension pour le réseau de bord, mais il n'assure plus la fonction de � boost � pour les redémarrages (ou éventuellement de démarrage) du moteur thermique, cette dernière fonction n'étant assurée que par la batterie. Le DMT réseau est donc plus petit et moins cher. [0031] La configuration du DMT 25 peut être identique à celle de la figure 3, mais il peut être réalisé selon deux technologies différentes : selon une première technologie, les super-capacités 14 peuvent être de valeurs plus faibles (et donc moins encombrantes) : par exemple on peut utiliser une seule capacité de l'ordre de 350 F, alors qu'on utilisera généralement pour le mode de réalisation de la figure 1 plutôt deux capacités, chacune de l'ordre de 650 à 1200 F. Les commutateurs K1 et K2 peuvent aussi être de plus petites dimensions car ils seront traversés par des courants électriques de plus faibles intensités. Selon une autre technologie, les super-capacités sont remplacées par un convertisseur de courant. [0032] Selon un mode de réalisation avantageux, l'indicateur de charge 13 et le DMT 12 ou 25 peuvent être montés dans un même boitier 30 sur la figure 1 ou 31 sur la figure 2. Lorsque le système d'alimentation comporte des moyens de distribution du courant électrique vers les différents organes consommateurs électriques du véhicule, des moyens de protection électriques, tels que des fusibles, et des moyens de communications, tels que des relais ou des commutateurs, ces moyens peuvent être rassemblés dans le même boitier 30 ou 31 au départ de la batterie. Le boitier 30 ou 31 peut ne rassembler que deux (ou plus) de ces moyens ou indicateur 13 ou DMT 12 selon les possibilités et l'intérêt de regrouper ces éléments. Ainsi certaines fonctions peuvent être communes, ce qui permet de n'utiliser qu'un seul élément pour remplir les mêmes fonctions. Par exemple, le capteur de courant de l'indicateur de charge 13 peut être partagé avec un indicateur de courant de la fonction DMTc. Il en est de même des moyens de mesure de tension. On peut donc réaliser une optimisation des composants du système d'alimentation dès le départ de la batterie. [0033] On remarquera que la connexion DMT réseau au pole positif P de la batterie 30 permet de supprimer le risque d'une circulation de courant entre la masse 20 du groupe motopropulseur et la masse 21 de la caisse. Ce risque pourrait exister si le DMT était relié au pole N de la batterie. [0034] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, le DMT peut ne concerner qu'une partie seulement des organes connectés au réseau de bord. REVENDICATIONS1. Système d'alimentation électrique d'un véhicule à moteur thermique équipé d'un dispositif d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique, ledit système d'alimentation comportant un réseau de bord (10) auquel sont connectés des consommateurs électriques, des moyens de démarrage/redémarrage (16) du moteur, une batterie (11) alimentant le réseau de bord et les moyens de démarrage/redémarrage, et un dispositif DMT (12, 25) de maintien de tension, ledit système d'alimentation étant caractérisé en ce que le réseau de bord (10) est connecté à la batterie (11) par l'intermédiaire du dispositif DMT (12, 25). 2. Système d'alimentation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif DMT (12, 25) est relié au pôle positif P de la batterie. 3. Système d'alimentation selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de démarrage/redémarrage (16) du moteur sont connectés au dispositif DMT (12), en aval du dispositif. 4. Système d'alimentation selon la revendication 3 caractérisé en ce que le dispositif DMT (12) est un dispositif centralisé par lequel passe tout le courant électrique d'alimentation du véhicule. 5. Système d'alimentation selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de démarrage/redémarrage (16) sont reliés à la batterie (11), en amont du dispositif DMT (25). 6. Système d'alimentation selon la revendication 5 caractérisé en ce que le courant d'alimentation du réseau de bord (10) passe par le dispositif DMT (25) et le courant d'alimentation des moyens de démarrage/redémarrage (16) ne passe pas par le dispositif DMT (25). 7. Système d'alimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de démarrage/redémarrage (16) sont connectés entre le dispositif DMT (12) et la masse GMP (20). 8. Système d'alimentation selon la revendication 5 caractérisé en ce que les moyens de démarrage/redémarrage (16) sont connectés entre la batterie (11) et la masse GMP (20). 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de démarrage/redémarrage (16) comportent un démarreur (18), et un alternateur ou alterno-démarreur (19). 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, le véhicule étant muni d'organes consommateurs d'énergie électrique, le système d'alimentation comporte un boitier (30, 31) comportant au moins deux des éléments suivants : ledit indicateur (13) de l'état de charge de la batterie, des moyens de distribution de l'énergie électrique entre les organes du véhicule, des moyens de protection électrique des organes du véhicule, des moyens de commutation électrique des organes, et le dispositif DMT.