Brevet FR2967840A1 — publié le 20120525

Circuit électrique destiné à équiper un véhicule automobile et procédé mettant en oeuvre le dispositif [0001 L'invention concerne un circuit électrique destiné à équiper un véhicule automobile et un procédé mettant en oeuvre le dispositif. De façon classique, le circuit électrique d'un véhicule automobile comprend un alternateur, une batterie, un démarreur et un réseau de bord. L'alternateur assure la production d'énergie électrique par la transformation d'énergie mécanique en énergie électrique. L'alternateur est par exemple formé par une machine électrique alternative tournante polyphasée de type synchrone. La batterie assure le stockage d'une partie de l'énergie électrique produite par l'alternateur. En complément de l'alternateur, le circuit électrique comprend un redresseur permettant de transformer le courant alternatif produit par l'alternateur en courant continu utilisé par le réseau de bord et stockable par la batterie. Le démarreur transforme de l'énergie électrique qu'il prélève dans la batterie en énergie mécanique permettant le démarrage d'un moteur thermique du véhicule. Le réseau de bord regroupe tous les consommateurs d'énergie électrique du véhicule tel que notamment, l'éclairage du véhicule, un groupe de climatisation de l'habitacle du véhicule et un ordinateur de bord assurant la gestion du moteur thermique. [0002] Certains véhicules automobiles sont équipés d'une fonction bien connue dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de STOP and START grâce à laquelle le moteur thermique s'arrête dès que le véhicule est à l'arrêt et redémarre par exemple dès que le conducteur accélère de nouveau. Plus précisément, sur ces véhicules, la fonction STOP and START peut se décomposer en trois phases : La phase de démarrage initiale du moteur thermique encore appelée phase de premier démarrage. - La phase de roulage du véhicule avec le moteur thermique tournant, générant une accélération du véhicule nulle (maintien de la vitesse), positive ou négative (décélération). Lors des situations de décélération, le système STOP and START peut être conçu pour transformer une partie de l'énergie cinétique du véhicule en énergie électrique qui pourra être utilisée par l'ensemble des organes consommateurs du réseau de bord du véhicule ou stockées par exemple au moyen de la batterie. En complément, le système STOP and START coupe l'alimentation du moteur thermique dès que le véhicule est à l'arrêt, ou même dès qu'un arrêt est anticipé, par exemple dès que la vitesse du véhicule devient inférieure à un certain seuil bas de vitesse, ce qui permet de réduire la consommation de carburant et donc de limiter les émissions polluantes. - La phase de redémarrage du moteur thermique, commandée par la volonté du conducteur, marquée par exemple par l'enfoncement de la pédale d'accélérateur. [000si Le démarreur, permettant le démarrage du moteur, nécessite une quantité d'énergie importante pour son fonctionnement. Lors du premier démarrage, la plupart des consommateurs électriques du véhicule sont normalement à l'arrêt. En revanche lors d'un redémarrage, des équipements du réseau de bord tels que par exemple le groupe de climatisation, le système d'éclairage, le système audio-visuel du véhicule, peuvent être actifs, et doivent le rester pour le confort et la sécurité des occupants du véhicule. [0004] Or la forte consommation en courant du démarreur peut générer des chutes de tensions importantes sur le réseau de bord et dégrader certaines prestations nécessitant de l'énergie électrique. Cela crée une perception de non qualité de l'ensemble du véhicule, avec un défaut ressenti comme aléatoire car l'usager du véhicule n'associe pas nécessairement le redémarrage du moteur du véhicule avec ce défaut, d'autant que le conducteur n'a pas commandé expressément l'arrêt du moteur. [000si Pour pallier ce problème, différentes solutions ont déjà été proposées. Une première solution, déjà mise en oeuvre sur des véhicules disposant de la fonction STOP and START, consiste à augmenter la puissance électrique disponible en associant à la batterie principale une seconde batterie. La batterie principale sert à fournir la puissance électrique nécessaire lors des phases de premier démarrage et de redémarrage. Lors de ce redémarrage, les fonctions électriques du réseau de bord, sensibles aux variations de tension, sont alimentées par la seconde batterie qui devient alors l'unique source d'énergie pour ces fonctions lors de cette phase. En dehors de cette phase de redémarrage, dont la durée est typiquement inférieure à une seconde, ces fonctions sensibles sont alimentées par l'alternateur. [0006] Cette solution a plusieurs inconvénients comme notamment un coût élevé, un encombrement supplémentaire important et une masse embarquée supplémentaire qui va à l'encontre de la recherche d'une moindre consommation de carburant et d'une réduction d'émissions polluantes. [000n Une autre solution consiste à compléter la batterie principale par un autre type de moyen de stockage de l'énergie, comme par exemple un condensateur. La batterie fournit alors la puissance électrique nécessaire pour démarrer le moteur thermique (phase de premier démarrage) du véhicule et sert à l'alimentation des fonctions électriques du réseau de bord qui lui sont connectées. Le second moyen de stockage est essentiellement utilisé lors des redémarrages. Mais comme la tension de référence de ce second moyen de stockage est variable, par exemple entre une à trois fois la valeur de la tension de référence du véhicule, ce second moyen de stockage ne peut être connecté au réseau de bord que si l'on prévoit un convertisseur de type continu-continu ou analogue. Là encore, cette solution entraine un surcoût important, des problèmes d'implantation et d'augmentation de la masse totale du véhicule. [000si Plus récemment, certains véhicules ont été munis d'un dispositif de maintien de la tension du réseau de bord, encore connu sous l'abréviation DMTR, monté en série avec la batterie. Le DMTR est en fait un convertisseur de tension continu-continu au travers duquel les organes sensibles aux sous-tensions sont alimentés au moins lors des phases de redémarrage. Le DMTR prélève alors son énergie sur la batterie. Cette solution pose en fait des problèmes similaires à la solution consistant à dédoubler la batterie, avec notamment une augmentation de la masse du véhicule, une perte de volume due à l'encombrement du DMTR. [000si L'invention vise à améliorer le dispositif de maintien de la tension du réseau de bord en le regroupant avec l'alternateur. Plus précisément, les fonctions remplies par ces deux éléments ne sont jamais utilisées simultanément. En conséquence il est possible d'utiliser certains composants de l'alternateur pour remplir la fonction de dispositif de maintien de la tension, ce qui permet un gain de masse et d'encombrement par rapport aux solutions existantes. [oolo] A cet effet, l'invention a pour objet un circuit électrique destiné à équiper un véhicule automobile, le circuit comprenant : ^ une machine électrique permettant de délivrer un système polyphasé, la machine électrique comprenant au moins un enroulement dans lequel un courant est induit ; - un convertisseur permettant de délivrer une différence de potentiel continue entre une borne positive et une borne négative à partir du système polyphasé ; une batterie et un réseau de bord raccordés entre la borne positive et la borne négative ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour connecter le réseau de bord à la borne positive au travers de l'enroulement. [0011] Avantageusement, les moyens pour connecter le réseau de bord à la borne positive au travers de l'enroulement sont intégrés au convertisseur qui peut être implanté dans la machine électrique. [0012] Selon un mode de réalisation particulier, le convertisseur comprend des premiers interrupteurs commandés reliés entre l'enroulement et la borne positive et des seconds interrupteurs commandés reliés entre l'enroulement et la borne négative. De plus, les moyens pour connecter le réseau de bord à la borne positive au travers de l'enroulement comprennent : - un troisième interrupteur commandé permettant de déconnecter le réseau de bord de la borne positive et - un quatrième interrupteur commandé permettant de connecter l'enroulement au réseau de bord. [0013] L'invention a également pour objet un procédé mettant en oeuvre le circuit électrique selon l'invention, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser les moyens pour connecter le réseau de bord à la borne positive au travers de l'enroulement pour élever le potentiel du réseau de bord par rapport à celui de la borne positive. [0014] Dans le mode particulier de réalisation, le procédé consiste à ouvrir le troisième interrupteur, fermer au moins un des premiers interrupteurs et commuter alternativement le quatrième interrupteur et au moins un des seconds interrupteurs n'ayant pas de borne commune avec le au moins un des premiers interrupteurs fermé. [0015] L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : - la figure 1 représente schématiquement, un exemple de circuit électrique destiné à équiper un véhicule automobile et conforme à l'invention ; - les figures 2 et 3 représentent le dispositif de la figure 1 dans un mode de fonctionnement de redémarrage d'un moteur du véhicule automobile ; la figure 4 représente le dispositif de la figure 1 dans un mode de fonctionnement de roulage du véhicule automobile. [0016] La figure 1 représente un circuit électrique 10 destiné à équiper un véhicule automobile. Le circuit électrique 10 comprend une machine électrique 11 polyphasée comme par exemple un alternateur. Sur la figure 1, la machine électrique 11 est triphasée et on a représenté trois enroulements 12, 13 et 14 formant l'induit de la machine électrique 11. Ces enroulements font généralement partie du stator de la machine électrique 11 dont un rotor, non représenté et formant l'inducteur, est destiné à être entrainé par un moteur, par exemple thermique, du véhicule automobile. Sur la figure 1, les enroulements 12, 13 et 14 sont raccordés en étoile dont les extrémités libres 15, 16 et 17 forment les trois phases de sortie de la machine électrique 11. Un raccordement des trois enroulements 12, 13 et 14 en triangle est également possible pour mettre en oeuvre l'invention. [0017] De plus, le circuit électrique comprend un convertisseur 20 permettant de redresser la tension des trois phases 15, 16 et 17 pour délivrer une différence de potentiel continue entre une borne positive 21 et une borne négative 22 formant la masse du circuit électrique 10. Il est courant d'implanter le convertisseur 20 dans la machine électrique 11. [0018] Un redresseur conventionnel comprend un pont de 6 diodes soit deux composants par phases pour un redressement triphasé. Les diodes utilisées dans les alternateurs automobiles conventionnels sont des composants passifs dont les pertes liées à leurs chutes de tension, sont importantes à certains points de fonctionnement et font diminuer le rendement global de la machine électrique. [0019] Un meilleur rendement de la machine électrique peut être obtenu en remplaçant les diodes par des interrupteurs commandés destinés à être reliés aux différentes phases 15 16 et 17. On utilise par exemple des transistors du type MOSFET dont, lorsqu'ils sont passants, la chute de tension drain source est beaucoup plus faible que celles des diodes. Il est néanmoins utile de conserver une diode en parallèle de chaque interrupteur commandé pour éviter une inversion de tension drain source bien que cette diode existe de façon intrinsèque dans chaque transistor MOSFET. Dans l'exemple représenté, d'une part un interrupteur, respectivement K1, K2, K3, et une diode, respectivement D1, D2, D3, relient chacune des phases 15, 16 et 17 à la borne positive 21. D'autre part, un interrupteur, respectivement K4, K5, K6, et une diode, respectivement D4, D5, D6, relient chacune des phases 15, 16 et 17 à la borne négative 22. [0020] Le circuit électrique comprend en outre un démarreur 23 et une batterie 24 directement raccordés entre les deux bornes 21 et 22. Il est possible de regrouper les fonctions du démarreur et de la machine électrique utilisée comme alternateur au sein d'une seule machine couramment appelée alterno-démarreur. [0021] Un réseau de bord 25 regroupe tous les consommateurs électriques du véhicule. On y trouve des éléments appartenant au véhicule lui-même comme un système d'éclairage, un groupe de climatisation, des ordinateurs de bord. On y trouve également des éléments optionnels pouvant être connectés par les occupants du véhicule, comme par exemple des appareils audiovisuels. Le réseau de bord 25 reçoit de l'énergie électrique fournie par la machine électrique 11 au travers du convertisseur 20 ou fournie par la batterie 24 lorsque la machine électrique 11 est à l'arrêt. [0022] En cas de besoin, notamment lorsque le démarreur 23 est en fonction, afin de maintenir une tension suffisante sur le réseau de bord 25, on ne connecte plus directement le réseau de bord 25 à la borne positive 21 mais au travers d'au moins un des enroulements 12, 13 ou 14 de la machine électrique 11. Cet enroulement contribue à élever la tension présente aux bornes de la batterie 24 pour alimenter le réseau de bord 25. [0023] A cet effet, le circuit électrique 10 comprend un interrupteur commandé K7 permettant de déconnecter le réseau de bord 25 de la borne positive 21 et un interrupteur commandé K8 permettant de connecter l'enroulement choisi au réseau de bord 25. Comme pour le convertisseur il est possible de mettre en oeuvre des transistors du type MOSFET pour réaliser les interrupteurs K7 et K8. Une diode, respectivement D7 et D8 peut être implantée en parallèle de chacun des transistors K7 et K8. Dans l'exemple représenté, l'interrupteur K8 permet de relier le réseau de bord 25 à la phase 15 formant une extrémité de l'enroulement 14. Les composants K1 à K8, et éventuellement D1 à D8, étant de même nature il est avantageux de disposer les deux interrupteurs supplémentaires K7, K8, accompagnés de leur diodes respectives D7, D8 dans le convertisseur 20 qui peut lui-même être implanté dans la machine électrique 11. [0024] En phase d'utilisation du démarreur 23, gros consommateur d'énergie, la tension de la batterie 24 baisse. Il est alors nécessaire d'élever la tension disponible à la borne positive 21 pour alimenter le réseau de bord 25. Ce fonctionnement est décrit à l'aide des figures 2 et 3. Dans ce mode de fonctionnement, la machine électrique 11 ne fournit plus de tension alternative, le convertisseur 20 n'est donc plus utilisé comme redresseur. [0025] Sur la figure 2 tous les composants présentés plus haut sont représentés à l'exception des diodes D1 à D8 pour ne pas alourdir cette figure. Les interrupteurs K1 et K2 sont fermés et les interrupteurs K3, K4, K5 et K7 sont ouverts. L'ouverture de l'interrupteur K7 permet de déconnecter la liaison directe entre la borne positive 21 et le réseau de bord 25. [0026] La figure 3 permet de mieux comprendre ce mode de fonctionnement en omettant les interrupteurs ouverts K3, K4, K5 et K7. L'élévation de tension entre la borne positive 21 et le réseau de bord 25 est obtenue en commutant alternativement les interrupteurs K6 et K8. Plus précisément, on ne ferme qu'un seul des deux interrupteurs K7 et K8 à la fois. Lorsque l'interrupteur K6 est fermé les enroulements 12, 13 et 14 sont raccordés entre la borne positive 21 et la masse 22 ce qui permet de faire croitre le courant circulant dans les enroulements. Ensuite, on ouvre K6 et on ferme K8 de sorte à alimenter le réseau de bord 25 avec le courant généré précédemment. Un condensateur C permet de lisser la tension présente sur le réseau de bord pour limiter l'influence des commutations alternatives des interrupteur K6 et K8. La commande d'ouverture et de fermeture des interrupteurs K6 et K8 est réalisée en fonction de la tension présente à la borne 21 et de la tension recherchée pour alimenter le réseau de bord 25. [0027] La figure 4 permet de comprendre le fonctionnement du circuit électrique lorsque la machine électrique 11 délivre de l'énergie électrique. Dans ce mode de fonctionnement, dit de roulage, l'interrupteur K1 est fermé pour relier directement la borne 21 au réseau de bord 25. L'interrupteur K8 est ouvert. Il n'est utilisé que pour le mode de fonctionnement décrit à l'aide des figures 2 et 3. Les interrupteurs K1 à K6 sont utilisés comme un pont de diode redresseur. Ils n'ont donc été représentés que par la diode D1 à D6 associée à chacun. REVENDICATIONS1. Circuit électrique destiné à équiper un véhicule automobile, le circuit comprenant : - une machine électrique (11) permettant de délivrer un système polyphasé (15, 16, 17), la machine électrique (11) comprenant au moins un enroulement (12, 13, 14) dans lequel un courant est induit ; - un convertisseur (20) permettant de délivrer une différence de potentiel continue entre une borne positive (21) et une borne négative (22) à partir du système polyphasé (15, 16, 17) ; une batterie (24) et un réseau de bord (25) raccordés entre la borne positive (21) et la borne négative (22) ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (K7, K8) pour connecter le réseau de bord (25) à la borne positive (21) au travers de l'enroulement (12, 13, 14). 2. Circuit électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (K7, K8) pour connecter le réseau de bord (25) à la borne positive (21) au travers de l'enroulement (12, 13, 14) sont intégrés au convertisseur (20). 3. Circuit électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur (20) est implanté dans la machine électrique (11). 4. Circuit électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur (20) comprend des premiers interrupteurs (K1, K2, K3) commandés reliés entre l'enroulement (12, 13, 14) et la borne positive (21) et des seconds interrupteurs (K4, K5, K6) commandés reliés entre l'enroulement (12, 13, 14) et la borne négative (22) et en ce que les des moyens pour connecter le réseau de bord (25) à la borne positive (21) au travers de l'enroulement (12, 13, 14) comprennent :- un troisième interrupteur (K7) commandé permettant de déconnecter le réseau de bord (25) de la borne positive (21) et - un quatrième interrupteur (K8) commandé permettant de connecter l'enroulement (12, 13, 14) au réseau de bord (25). 5. Procédé mettant en oeuvre le circuit électrique (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser les moyens (K7, K8) pour connecter le réseau de bord (25) à la borne positive (21) au travers de l'enroulement (12, 13, 14) pour élever le potentiel du réseau de bord (25) par rapport à celui de la borne positive (21). 6. Procédé selon la revendication 5 mettant en oeuvre un circuit électrique (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à ouvrir le troisième interrupteur (K7), fermer au moins un des premiers interrupteurs (K1, K2) et commuter alternativement le quatrième interrupteur (K8) et au moins un des seconds interrupteurs (K6) n'ayant pas de borne commune avec le au moins un des premiers interrupteurs fermé (K1, K2).