Brevet FR2955985A1 — publié le 20110805

DISPOSITIF D'INTERFACE ENTRE DEUX PARTIES D'UN RESEAU ELECTRIQUE [0001 La présente invention concerne un dispositif d'interface entre deux parties d'un réseau électrique. [0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de l'alimentation électrique du réseau de bord des véhicules automobiles, notamment les véhicules automobiles à moteur thermique équipés d'un système d'arrêt et de redémarrage automatiques du moteur, tel que le système connu sous l'appellation « Stop and Start ». [0003] L'alimentation en courant continu des équipements électriques connectés au réseau de bord d'un véhicule automobile à moteur thermique est assurée, d'une part, par un alternateur, entraîné par le moteur thermique, dont le courant alternatif de sortie est redressé par un convertisseur alternatif/continu (A/C), et, d'autre part, par une batterie à courant continu. L'alternateur est destiné, lorsque le moteur est en fonctionnement, à alimenter les équipements électriques du réseau et charger la batterie, tandis que cette dernière est généralement prévue pour alimenter les équipements lorsque le moteur est à l'arrêt, par exemple pour permettre le démarrage du moteur, le fonctionnement de l'autoradio, de l'éclairage, etc. [0004 D'une manière générale, l'alternateur est capable d'assurer à lui seul les besoins en courant continu de l'ensemble des équipements du réseau électrique de bord du véhicule. [0005] Par contre, lorsque le moteur thermique est arrêté, l'alimentation du réseau revient à la seule batterie. Or, il s'avère que, dans certaines situations, le réseau électrique du véhicule peut faire l'objet d'appels de courant importants, susceptibles de provoquer de fortes chutes de tension. C'est le cas notamment lors des phases de redémarrage automatique du système « Stop and Start » durant lesquelles la batterie doit fournir à l'alternateur, fonctionnant alors en alterno-démarreur, le courant nécessaire au redémarrage du moteur thermique. Dans de telles circonstances, on peut observer des chutes de tension de la batterie de plusieurs volts, jusqu'à 6 V, de sorte qu'au cours de ces phases transitoires d'une durée de l'ordre de quelques centaines de millisecondes, la tension fournie par la batterie diminue d'une valeur nominale de l'ordre de 12 V à une valeur d'environ 6 V, voire moins. [0006] Cette diminution de la tension de la batterie n'a pas de conséquence sur les équipements prévus pour pouvoir fonctionner, au moins temporairement, sous des tensions minimales voisines 6 V. Parmi ces équipements, on trouve par exemple les soupapes électromagnétiques, le turbocompresseur électrique, etc. [0007] Cependant, les chutes de la tension batterie peuvent être préjudiciables à d'autres équipements, notamment ceux qui présentent un seuil minimum de fonctionnement supérieur à 6 V, 10 V par exemple. [0008] Parmi ces équipements, dits sensibles, on trouve des organes sécuritaires, comme les feux d'éclairages, des organes liés au confort de l'usager, comme l'autoradio, l'éclairage de l'habitacle et des écrans d'affichage, ainsi que des circuits électroniques stratégiques, comme les calculateurs ABS/ESP, les calculateurs de contrôle moteur, etc. [0009] Lors d'un redémarrage automatique du moteur, il existe donc un risque momentané d'altération de la sécurité, d'endommagement de certains circuits électroniques et de perception de moindre qualité ressentie par l'usager. [0010] Pour remédier à ces inconvénients, la demande de brevet français n° 2 923 328 propose une partition du réseau électrique de bord du véhicule en deux parties entre lesquelles est disposé un dispositif d'interface, à savoir, d'une part, une première partie, en amont du dispositif d'interface, comprenant notamment l'alternateur, ou alterno-démarreur, et son convertisseur A/C, la batterie et le démarreur, et, d'autre part, une deuxième partie, en aval du dispositif d'interface, comprenant un ou plusieurs équipements sensibles tels que définis plus haut. [0011] Le dispositif d'interface est conçu de manière à maintenir sa tension de sortie, c'est à dire la tension appliquée à la deuxième partie de réseau, à une valeur de consigne constante quelle que soit la tension d'entrée du dispositif. La tension de consigne est en général la tension nominale de la batterie d'environ 12 V. Le dispositif d'interface est commandé par un module de contrôle, de sorte qu'en cas de chute de la tension de la batterie en dessous de sa valeur nominale de 12 V, due notamment à un redémarrage automatique du système « Stop and Start », le dispositif soit activé afin de fournir une tension de sortie égale à la tension de consigne, par exemple fixée à 12 V. En l'absence de chute de tension, la fonction du dispositif d'interface se limite à transmettre directement à la deuxième partie de réseau la tension fournie par la batterie. [0012] Cependant, ce dispositif d'interface connu de la demande de brevet français précité présente l'inconvénient de prélever une énergie importante sur la première partie de réseau lorsque le dispositif d'interface est activé, ce qui exige l'utilisation de composants de puissance coûteux et volumineux. [0013] Aussi, un but de l'invention est de proposer un dispositif d'interface qui permettrait d'assurer les mêmes fonctions que le dispositif connu, tout en réduisant le coût et le volume de ses composants. [0014] Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un dispositif d'interface entre, d'une part, une première partie d'un réseau électrique, comprenant une source d'alimentation du réseau en courant continu, apte à appliquer au dispositif d'interface une tension d'entrée, et, d'autre part, une deuxième partie de réseau comprenant au moins un équipement destiné à être alimenté en courant continu par le dispositif d'interface, ledit dispositif d'interface étant apte à délivrer sur la deuxième partie de réseau une tension de sortie égale à une valeur de consigne lors d'une chute de la tension d'entrée en dessous d'une valeur nominale donnée, remarquable en ce que la valeur de consigne est limitée à des valeurs inférieures à la valeur nominale, définies de manière à garantir un fonctionnement opérationnel dudit équipement et à minimiser l'énergie électrique fournie par le dispositif d'interface. [0015] Ainsi, on comprend que l'invention met à profit le fait que les équipements sensibles de la deuxième partie de réseau peuvent rester opérationnels pendant une phase transitoire de courte durée, quelques centaines de millisecondes, sous une tension minimale d'alimentation, de 10 V par exemple, inférieure à la tension nominale de la batterie. Il est donc possible, durant la phase transitoire, d'imposer au dispositif d'interface une tension de consigne égale à la tension minimale d'alimentation, laquelle est inférieure à la tension nominale de la batterie. On peut ainsi assurer le fonctionnement opérationnel des équipements sensibles, tout en limitant au strict nécessaire la puissance développée par le dispositif d'interface selon l'invention, contrairement au dispositif connu décrit plus haut. [0016] Selon un premier mode de réalisation, la valeur de consigne de la tension de sortie à délivrer par le dispositif d'interface est définie par une table de correspondance préétablie entre des valeurs mesurées de la tension d'entrée et les valeurs de consigne à appliquer. [0017] Selon un deuxième mode de réalisation, la valeur de consigne de la tension de sortie à délivrer par le dispositif d'interface est définie par la moyenne des valeurs mesurées de la tension d'entrée à l'intérieur d'une fenêtre temporelle de largeur donnée. Avantageusement, l'invention prévoit que la valeur de consigne est au moins égale à un seuil minimum donné. [ools] La description que va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en qui consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. • La figure 1 est un schéma d'un réseau électrique équipé d'un dispositif d'interface conforme à l'invention. • La figure 2 est un schéma de réalisation d'un dispositif d'interface conforme à l'invention. • La figure 3a représente une table de correspondance mise en oeuvre par un premier mode de réalisation d'un dispositif d'interface conforme à l'invention. • La figure 3b est un diagramme de l'évolution en fonction du temps des tensions d'entrée et de sortie du dispositif d'interface selon le premier mode de réalisation. • La figure 4 est un diagramme de l'évolution en fonction du temps des tensions d'entrée et de sortie du dispositif d'interface selon un deuxième mode de réalisation. [0019] Sur la figure 1 est représenté un réseau électrique de véhicule automobile qui, pour la mise en oeuvre de l'invention, est divisé en deux parties P1 et P2. [0020] Comme on peut le voir sur la figure 1, la première partie P1 de réseau comprend une source 11 d'alimentation apte à délivrer un courant continu sous une tension nominale V10. Dans le cas d'un véhicule automobile, la source 11 d'alimentation est la batterie du véhicule, la valeur nominale V10 fournie par la batterie étant généralement de l'ordre de 12 V. [0021] Dans l'exemple illustré sur la figure 1, la première P1 partie de réseau comprend également une seconde source 12 d'alimentation en courant continu constitué par l'alternateur 121 du véhicule et un convertisseur alternatif/continu 122. Plus précisément, pour un véhicule équipé du système « Stop and Start » d'arrêt et de redémarrage automatiques du moteur thermique, l'alternateur 121 est un alterno-démarreur, c'est-à-dire une machine électrique pouvant fonctionner en générateur de courant lorsque le moteur thermique est en marche, ou comme démarreur lors des phases de redémarrage automatique, le courant nécessaire étant alors fourni par la batterie 11. La puissance électrique à fournir à l'alterno-démarreur 121 est alors telle que, lors du redémarrage automatique du moteur, des chutes importantes de la tension V1 aux bornes de la batterie peuvent se produire, de l'ordre de 6 V, la tension V1 passant de 12 V à environ 6 V. [0022] C'est pourquoi, les équipements électriques EQ1, tels que les soupapes électromagnétiques ou le turbocompresseur électrique, susceptibles de fonctionner sous une tension minimale voisine de 6 V sont regroupés dans la première partie P1 de réseau. [0023] La deuxième partie P2 de réseau comprend les équipements électriques sensibles EQ2 mentionnés plus haut, qui exigent une tension minimale de fonctionnement supérieure à 6 V, 10 V par exemple. Afin de maintenir la tension V2 appliquée à ce niveau de 10 V lors des phases de redémarrage automatique du système « Stop and Start », il est prévu un dispositif 20 d'interface disposé entre les première P1 et deuxième P2 parties de réseau de manière à compenser la chute de la tension V1 de la batterie de la valeur nominale V10 de 12 V à une tension V1 d'environ 6 V. En d'autres termes, à partir de la tension V1 d'entrée de 6 V, le dispositif 20 d'interface délivre sur la deuxième partie P2 de réseau une tension V2 de sortie égale à une valeur Vcons de consigne, laquelle doit être au moins égale à la valeur minimale de fonctionnement des équipements sensibles EQ2. Par contre, en dehors des phases de redémarrage automatique, le moteur thermique étant en marche, le dispositif 20 d'interface peut être désactivé pour transmettre directement à la deuxième partie P2 de réseau la tension continue, alors supérieure à 10 V, fournie par l'alternateur 121 et le convertisseur A/C 122. [0024] La commutation du dispositif 20 d'interface entre un état actif et un état inactif est réalisée au moyen d'un module 13 de contrôle connecté à la première partie P2 de réseau de sorte à pouvoir suivre les variations de la tension V1 d'entrée et commander le dispositif 20 d'interface en conséquence. Si la tension V1 devient inférieure à la tension nominale V10, le module 13 de contrôle active le dispositif 20 d'interface et régule sa tension V2 de sortie à une valeur égale à une valeur Vcons de consigne qui sera précisée ci-après. A l'inverse, lorsque la tension V1 atteint à nouveau au moins la valeur nominale V10, le module 13 de contrôle désactive le dispositif 20 d'interface. [0025] La figure 2 donne le schéma d'un exemple de réalisation du dispositif 20 d'interface. Il s'agit d'un circuit connu de l'homme du métier sous le nom de « push-pull ». La régulation de la tension V2 de sortie du dispositif est effectuée par le module 13 de contrôle en commandant l'ouverture et la fermeture des commutateurs 21, 22 selon un rapport cyclique défini de manière à obtenir en sortie la tension Vcons de consigne désirée. D'autre part, un interrupteur « by-pass » 23, également commandé par le module 13 de contrôle, permet d'activer ou de désactiver le dispositif 20 d'interface en fonction des valeurs de la tension d'entrée V1 observées sur la première partie P1 de réseau par le module 13 de contrôle. [0026] Les commutateurs 21, 22 ainsi que l'interrupteur 23 sont par exemple réalisés par des transistors MOSFET, comme indiqué sur la figure 2. [0027] Compte tenu que les équipements sensibles EQ2 peuvent fonctionner, au moins transitoirement, sous des tensions d'alimentation inférieures à la valeur nominale V10, l'invention propose de limiter la valeur Vcons de consigne à des valeurs permettant à la fois de garantir le fonctionnement opérationnel des équipements EQ2 et de minimiser l'énergie électrique fournie par le dispositif 20 d'interface, contrairement au dispositif d'interface, objet de la demande de brevet français n ° 2 923 328, lequel est commandé par le module de contrôle de manière à délivrer en sortie uniformément la même tension de sortie de 12 V, quelle que soit la valeur de la tension d'entrée. [0028] Ayant ainsi diminué la puissance électrique développée par le dispositif 20 d'interface, on peut alors envisager d'utiliser des composants électroniques moins coûteux et moins volumineux. [0029] Les valeurs Vcons de consigne à appliquer peuvent être définies par une table de correspondance préétablie et stockée dans le module 13 de contrôle, comme par exemple la table représentée sur la figure 3a. On voit sur cette table que les valeurs de consigne varient en fonction des valeurs de la tension V1 d'entrée relevées par le module 13 lorsque que celle-ci est inférieure à la valeur nominale V10 de 10 V. Dans l'exemple particulier proposé, les valeurs Vcons de consigne varient par paliers. La figure 3b illustre les variations de la tension V2 de sortie en fonction de celles de la tension V1 d'entrée. [0030] Sur la figure 4 est illustré un deuxième mode de définition des valeurs Vcons de consigne à appliquer à la tension V2 de sortie, qui consiste à calculer la moyenne de la tension V1 d'entrée à l'intérieur d'une fenêtre temporelle F de largeur I donnée. Tant que la tension V1 reste égale, dans la fenêtre F, à la tension nominale V10 de 12 V, sa moyenne est égale à V10 et le dispositif 20 n'est pas activé par le module 13 de contrôle. Dès qu'une diminution de la tension V1 apparaît à l'intérieur de la fenêtre F, la moyenne de V1 dans cette fenêtre devient inférieure à la valeur nominale V10. Le module 13 de contrôle détecte cette diminution et prend alors pour valeur Vcons de consigne à imposer au dispositif 20 d'interface la moyenne de V1 calculée dans la fenêtre F. On comprend que, comme pour le premier mode de réalisation décrit en regard de la figure 3b, la tension Vcons de consigne appliquée au dispositif 20 d'interface, reste toujours inférieure à la tension nominale V10, ce qui limite l'énergie électrique fournie par le dispositif 20 et permet l'utilisation de composants peu coûteux et peu volumineux. [0031] Toutefois, afin de garantir que la valeur Vcons de consigne ne soit jamais inférieure à un seuil minimum Vseuil, de 10 V par exemple, le module 13 de contrôle compare la moyenne de la tension V1 calculée sur la fenêtre F au seuil Vseuil et, en cas de comparaison négative, prend la valeur de Vseuil pour valeur Vcons de consigne. [0032] Enfin, de manière à obtenir une précision suffisante de ce deuxième mode de réalisation, il y a avantage à ce que la largeur I de la fenêtre F soit au plus égale à la largeur du pic p de chute de la tension V1 d'entrée, ainsi que le montre la figure 4. REVENDICATIONS1. Dispositif d'interface entre, d'une part, une première partie (P1) d'un réseau électrique, comprenant une source (11) d'alimentation du réseau en courant continu, apte à appliquer au dispositif (20) d'interface une tension (V1) d'entrée, et, d'autre part, une deuxième partie (P2) de réseau comprenant au moins un équipement (EQ2) destiné à être alimenté en courant continu par le dispositif d'interface, ledit dispositif (20) d'interface étant apte à délivrer sur la deuxième partie (P2) de réseau une tension (V2) de sortie égale à une valeur (Vcons) de consigne lors d'une chute de la tension (V1) d'entrée en dessous d'une valeur nominale (V10) donnée, caractérisé en ce que la valeur (Vcons) de consigne est limitée à des valeurs inférieures à la valeur nominale (V1o), définies de manière à garantir un fonctionnement opérationnel dudit équipement (EQ2) et à minimiser l'énergie électrique fournie par le dispositif (20) d'interface. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d'interface est un circuit de type « push-pull ». 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la valeur (Vcons) de consigne de la tension (V2) de sortie à délivrer par le dispositif d'interface est définie par une table de correspondance préétablie entre des valeurs mesurées de la tension (V1) d'entrée et les valeurs de consigne à appliquer. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la valeur (Vcons) de consigne de la tension (V2) de sortie à délivrer par le dispositif d'interface est définie par la moyenne des valeurs mesurées de la tension (V1) d'entrée à l'intérieur d'une fenêtre temporelle (F) de largeur (I) donnée. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la valeur (Vcons) de consigne est au moins égale à un seuil minimum (Vseuil) donné. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel la largeur (I) de la fenêtre temporelle (F) est au plus égale à la largeur d'un pic (p) de chute de la tension (V1) d'entrée.