Brevet FR2971472A1 — publié le 20120817

VEHICULE MUNI D'UN SYSTEME DE RECUPERATION ET DE RESTITUTION D'ENERGIE [1] DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [2] L'invention concerne un véhicule muni d'un système de s récupération d'énergie cinétique lors des phases de freinage du véhicule et de récupération d'énergie des gaz d'échappement d'un moteur thermique ainsi qu'un système de restitution de ces énergies. [3] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des véhicules hybrides. io [04] ETAT DE LA TECHNIQUE [5] Il est connu qu'un véhicule automobile hybride comprenne un moteur thermique servant à la traction du véhicule et une machine électrique assistant le moteur thermique lors de la traction du véhicule. [6] La machine électrique qui assiste le moteur thermique lors de la ls traction peut également fonctionner en alternateur lors des phases de freinage. L'énergie emmagasinée dans ce mode de fonctionnement est stockée dans un élément de stockage d'énergie tel qu'une batterie ou un réseau de super-condensateurs pour être ensuite restituée à la machine électrique et aider à la traction du véhicule. Cet élément de stockage est 20 d'autant plus lourd et volumineux que la tension de ce système de récupération et de restitution d'énergie est élevée. La tension d'un tel système est ainsi de l'ordre de 150 Volts pour satisfaire aux contraintes d'encombrement de l'élément de stockage. [7] Un autre système connu consiste à récupérer l'énergie des gaz 25 d'échappement du moteur thermique à l'aide d'une turbine reliée à une deuxième machine électrique et de restituer cette énergie à la première machine électrique qui assiste le moteur pour la traction du véhicule. Ce système est d'autant plus performant que la tension est élevée et les courants faibles. Ainsi, une tension de 300 Volts est souvent utilisée pour 30 permettre un rendement correct de ce système. [8] OBJET DE L'INVENTION [9] L'invention a pour but d'associer efficacement les deux systèmes de récupération d'énergie. [10] A cet effet, l'invention propose d'associer un onduleur à deux s niveaux de tensions à l'élément de stockage d'énergie du système. cet onduleur est en relation d'une part avec la machine électrique assistant le moteur thermique pour la traction du véhicule, et d'autre part avec la machine électrique reliée à la turbine et apte à récupérer l'énergie des gaz d'échappement du moteur. io [011] Le niveau de tension le plus faible de l'onduleur correspond à celui de l'élément de stockage. Ce niveau de tension est utilisé pour le stockage et la restitution de l'énergie emmagasinée durant les phases de freinage du véhicule. La batterie reste ainsi de taille raisonnable car la tension est plus faible que pour le reste du système. ls [012] Le niveau de tension élevé de l'onduleur est utilisé pour le transfert d'énergie de l'échappement vers la machine électrique assistant le moteur thermique pour la traction du véhicule. Ce transfert d'énergie de l'échappement se fait sans stockage ce qui permet d'améliorer le rendement du système. 20 [013] Ainsi, en basse tension, l'onduleur permet la récupération de l'énergie cinétique du véhicule grâce à la première machine électrique fonctionnant en alternateur lors des phases de freinage du véhicule. L'onduleur assure également la restitution de cette énergie basse tension à la première machine électrique lors des phases de traction. En haute tension, 25 l'onduleur permet de transférer directement, à la première machine électrique, l'énergie récupérée dans le circuit d'échappement du moteur thermique via la turbine. [014] L'invention concerne donc un véhicule comportant : un moteur à combustion interne, un circuit d'échappement servant à évacuer les gaz de 30 combustion du moteur vers l'extérieur du véhicule, une première machine électrique assistant le moteur thermique pour la traction et pouvant être utilisée en alternateur lors du freinage dudit véhicule, une deuxième machine électrique associée à une turbine d'échappement apte à récupérer l'énergie au niveau de l'échappement dudit véhicule, un élément de stockage d'énergie, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un onduleur à deux s niveaux de tension associé à l'élément de stockage d'énergie, cet onduleur étant relié d'une part à la première machine électrique et d'autre part à la deuxième machine électrique. [15] Selon une réalisation, le plus haut niveau de tension de l'onduleur est appliqué par la deuxième machine électrique associée à la turbine Io d'échappement. [16] Selon une réalisation, le plus haut niveau de tension du système appliqué par la deuxième machine électrique est restitué à la première machine électrique via l'onduleur. [17] Selon une réalisation, le plus bas niveau de tension de l'onduleur ls est appliqué par la première machine électrique durant les phases de freinage du véhicule, l'énergie correspondante étant stockée dans l'élément de stockage. [18] Selon une réalisation, l'énergie stockée dans l'élément de stockage est restituée à la première machine électrique durant les phases de 20 traction du véhicule. [19] Selon une réalisation, le plus bas niveau de tension de l'onduleur est de 150 Volts. [20] Selon une réalisation, le plus haut niveau de tension de l'onduleur est de 300 Volts. 25 [021] Selon une réalisation, l'élément de stockage d'énergie est une batterie. [22] Selon une réalisation, l'élément de stockage d'énergie est un réseau de super-condensateurs. [23] BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [024] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : s [025] Figure 1 : une représentation schématique des éléments d'un véhicule muni d'un système de récupération et de restitution d'énergie selon l'invention ; [026] Figure 2 : une représentation schématique de l'onduleur selon l'invention contrôlant les deux machines électriques ; Io [027] Figure 3 : une représentation schématique de l'onduleur selon l'invention contrôlant les deux machines électriques lors de la phase de freinage du véhicule ; [28] Figure 4: une représentation schématique de l'onduleur selon l'invention contrôlant les deux machines électriques lors de la phase de ls restitution de l'énergie emmagasinée durant la phase de freinage du véhicule ; [29] Figure 5 : une représentation schématique de l'onduleur selon l'invention contrôlant les deux machines électriques lors de la phase de récupération et de restitution de l'énergie cinétique au niveau de 20 l'échappement du véhicule; [30] Les éléments identiques, similaires ou analogues, conservent les mêmes références d'une Figure à l'autre. [31] DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION 25 [032] La Figure 1 représente un véhicule 11 hybride à quatre roues 15 dont deux motrices. La traction du train avant 12 est assurée par un moteur thermique 17 en relation avec une boîte de vitesses 19 par l'intermédiaire d'un embrayage 18 par exemple un embrayage à garniture sec ou humide. Le train arrière 13 quand à lui est libre dans cet exemple de réalisation. [33] Une première machine 22 électrique assiste le moteur thermique 17 lors de la traction et peut également fonctionner en alternateur lors des phases de freinage. L'énergie emmagasinée dans ce mode de fonctionnement est stockée dans un élément 27 de stockage d'énergie tel s qu'une batterie ou un réseau de super-condensateurs pour être ensuite restituée à la première machine 22 électrique et aider à la traction du véhicule. [34] Un autre système consiste à récupérer l'énergie des gaz du circuit d'échappement 20 du moteur thermique 17 expulsant les gaz vers le pot io d'échappement 21. [35] Un onduleur 24 à deux niveaux de tension permet d'associer les deux systèmes de récupération d'énergie à l'élément 27 de stockage d'énergie du système, sans augmenter l'encombrement de l'élément 27 de stockage d'énergie. ls [036] D'autres agencements possibles du moteur thermique 17 et de la première machine électrique 22 peuvent être envisagés avec, par exemple, la machine électrique 22 agissant directement sur le train arrière 13 du véhicule 11 alors que le moteur thermique 17 agit sur le train avant 12, ou inversement. 20 [037] La Figure 2 montre une représentation schématique du circuit électrique de l'onduleur 24 associé à l'élément 27 de stockage d'énergie. Le plus haut niveau de tension est fixé par exemple à 300 Volts tandis que la tension la plus faible est par exemple de 150 Volts. Une représentation de l'élément 27 de stockage d'énergie, type batterie, est encadrée dans la partie 25 gauche du schéma et correspond au circuit du plus bas niveau de tension par exemple 150 Volts. Dans le deuxième encadré du schéma est représenté plusieurs interrupteurs commandés 40, 41 et 42 aptes à sélectionner soit le circuit de la plus faible tension connecté à l'élément de stockage 27 d'énergie, soit le circuit de la plus haute tension connecté à un condensateur 30 30. Les interrupteurs commandés 40, 41 et 42 commandent chacun un des enroulements des deux machines électriques. [38] L'onduleur 24 à deux niveaux de tension contrôle deux machines électriques : la machine première électrique 22 assistant le moteur thermique 17 et la machine deuxième électrique 23 associée à la turbine d'échappement 25. On remarque que la deuxième machine 23 électrique s associée à la turbine d'échappement 25 est connectée au circuit de la plus haute tension alors que la première machine électrique 22 assistant le moteur thermique 17 est connectée aux deux circuits de tensions différentes. [39] La Figure 3 présente l'utilisation de cet onduleur 24 à deux niveaux de tension lors de la phase de freinage du véhicule. La première machine io électrique 22 assistant le moteur thermique 17 est alors utilisée en alternateur et charge l'élément de stockage 27 d'énergie via la partie basse tension de l'onduleur 24 à deux niveaux de tension (cf. flèches 45). [40] La Figure 4 montre, quand à elle, comment l'énergie, emmagasinée dans l'élément 27 de stockage d'énergie lors de la phase de ls freinage du véhicule, est restituée à la première machine électrique 22 assistant le moteur thermique 17 pour aider à la traction du véhicule 11 via la partie basse tension de l'onduleur 24 à deux niveaux de tension (cf. flèches 46). Ce système de récupération et de restitution d'énergie fonctionne sur le plus faible niveau de tension permettant au système d'utiliser un élément de 20 stockage 27 d'énergie de faible encombrement. [41] Pour un deuxième mode de fonctionnement, la Figure 5 montre la récupération et la restitution de l'énergie perdue par le moteur thermique 17 au niveau du circuit d'échappement 20. La deuxième machine électrique 23 associée à une turbine d'échappement 25 charge un condensateur 30 puis 25 délivre du courant à la première machine électrique 22 via la partie haute tension de l'onduleur 24 à deux niveaux de tension (cf. flèches 47). Ce circuit de récupération et de restitution de l'énergie travail avec le plus haut niveau de tension de l'onduleur 24, soit 300 Volts, permettant ainsi d'améliorer le rendement du circuit. REVENDICATIONS1. Véhicule (11) comportant : - un moteur (17) à combustion interne, - un circuit d'échappement (20) servant à évacuer les gaz de combustion du moteur (17) vers l'extérieur du véhicule (11), - une première machine électrique (22) assistant le moteur thermique (17) pour la traction et pouvant être utilisée en alternateur lors du freinage dudit véhicule, Io - une deuxième machine électrique (23) associée à une turbine d'échappement (25) apte à récupérer l'énergie au niveau de l'échappement dudit véhicule, - un élément de stockage d'énergie (27), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un onduleur (24) à deux 15 niveaux de tension associé à l'élément de stockage d'énergie, cet onduleur étant relié d'une part à la première machine électrique (22) et d'autre part à la deuxième machine électrique (23). 2. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plus haut 20 niveau de tension de l'onduleur (24) est appliqué par la deuxième machine électrique (23) associée à la turbine d'échappement (25). 3. Véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que le plus haut niveau de tension du système appliqué par la deuxième machine électrique 25 (23) est restitué à la première machine électrique (22) via l'onduleur (24). 4. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le plus bas niveau de tension de l'onduleur (24) est appliqué par la première machine électrique (22) durant les phases de freinage du véhicule (11), 30 l'énergie correspondante étant stockée dans l'élément de stockage (27). 5. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'énergie stockée dans l'élément de stockage (27) est restituée à la première machine électrique (22) durant les phases de traction du véhicule (11). 35 6. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le plus bas niveau de tension de l'onduleur (24) est de 150 Volts. 7. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que s le plus haut niveau de tension de l'onduleur (24) est de 300 Volts. 8. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément (27) de stockage d'énergie est une batterie. Io 9. Véhicule selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément (27) de stockage d'énergie est un réseau de super-condensateurs.