Brevet FR2989945A1 — publié le 20131101

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un réseau de bord de véhicule formé d'au moins deux parties ainsi qu'un procédé de gestion d'un tel réseau de bord et une unité de calcul pour la mise en oeuvre du procédé. Etat de la technique Les réseaux de bord de véhicule automobile (encore appe- lés réseaux embarqués) peuvent être réalisés sous la forme d'un réseau de bord à deux ou plusieurs tensions ayant au moins deux parties. De tels réseaux s'utilisent par exemple si le véhicule est équipé d'utilisateurs demandant des puissances différentes. Dans ce cas, au moins deux parties de réseau fonctionnent à des tensions différentes par exemple 12 V ou 14 V (partie de réseau basse tension) et 48 V (partie de réseau haute tension). Les parties de réseau concernées par la présente invention sont reliées par un convertisseur de tension conti- nue. Les réseaux de bord à deux tensions avec des niveaux de tension différents s'utilisent par exemple dans les systèmes de récupération avec amplification. De tels systèmes de récupération permettent de recharger une batterie haute tension à l'aide d'un démarreur- générateur haute tension notamment dans les phases de poussée et de freinage du véhicule. Un tel démarreur-générateur haute tension et la batterie haute tension sont raccordés directement à la partie haute tension du réseau. L'énergie de la batterie haute tension peut servir à ah- menter le démarreur-générateur haute tension fonctionnant comme moteur mais également pour alimenter la partie basse tension du réseau par l'intermédiaire d'un convertisseur de tension continue (cette partie basse tension est le réseau de bord usuel du véhicule alimentant les utilisateurs courants). Les systèmes de récupération avec amplification encore appelés systèmes de récupération dynamiques permettent de réduire considérablement la consommation de carburant. Une conception caractéristique de systèmes (un réseau de bord à deux tensions, classique) est représentée à la figure 1 et porte globalement la référence 110. Le réseau de bord 110 du véhicule comporte deux parties (parties de réseau). La première partie réalisée comme partie de réseau haute tension comporte une machine électrique 1 et un accumulateur d'énergie 2. L'accumulateur d'énergie offre avantageusement une tenue en cycles suffisante. La machine électrique 1 est reliée par une liaison mécanique 12 à un moteur thermique 13. La liaison mécanique 12 est par exemple une transmission à courroie et correspond à la liaison au vilebrequin du moteur thermique ou à la boîte de vitesse. La machine élec- trique peut être commandée par un appareil de commande à l'aide de la ligne 8. L'appareil de commande 7 peut également extraire des paramètres de la machine électrique 1 par la ligne 8. La machine électrique 1 comporte un régulateur de tension non représenté et permet ainsi, par exemple, en fonction de la commande par l'appareil de commande 7 transmise par la ligne 8, de régler la tension de sortie Ul de la machine électrique 1. La machine électrique 1 est réalisée de préférence comme démarreur-générateur (comme indiqué ci-dessus) et elle peut également fonctionner comme moteur selon les demandes de l'appareil de com- mande 7. En mode moteur, la machine électrique 1 est principalement alimentée à partir de l'accumulateur d'énergie 2. Le réseau de bord 110 du véhicule, peut être réalisé comme partie d'un système de récupération dynamique. La machine électrique 1 peut comporter en variante ou en plus, également une régulation de courant. L'accumulateur d'énergie 2 est par exemple une batterie haute tension ou un condensateur à double couche. Il est relié à la partie de réseau haute tension par un interrupteur de coupure 5. L'interrupteur de coupure 5 est commandé également par un appareil de commande comme par exemple l'appareil de commande 7 décrit ci- dessus par une ligne 9. Cela permet de couper l'accumulateur d'énergie 2 de la partie haute tension du réseau. L'accumulateur d'énergie 2 est avantageusement logé avec l'interrupteur de coupure 5 dans un boîtier 11. La partie de réseau basse tension comporte un autre ac- cumulateur d'énergie 3 par exemple l'accumulateur usuel du véhicule ainsi que des utilisateurs réguliers. Le réseau haute tension et le réseau basse tension sont reliés par un convertisseur de tension 16' de sorte que la puissance gé- nérée dans la partie haute tension par la machine électrique 1 peut alimenter la partie basse tension. La puissance générée par la machine électrique 1 permet de charger l'accumulateur d'énergie 3 de la partie basse tension. Le convertisseur de tension 16' est de préférence un con- vertisseur de tension continue 16', commandé, et relié par exemple à l'appareil de commande 7 par une ligne 14. Les utilisateurs de la partie basse tension prélèvent une puissance P3. La machine électrique 1 génère une tension Ul qui comme indiqué, est réglable. L'accumulateur d'énergie 2 de la partie haute tension est conçu pour la tension U2. L'accumulateur d'énergie 3 de la partie basse tension est habituellement conçu pour une tension plus faible U3. Dans les réseaux de bord à deux tensions, usuels on a la relation U2 > U3, U2 étant en général inférieur à la tension de contact maximal autorisé qui est de 60 V, de sorte que U2 se situe à 48 V ou plus. La tension U3 est par exemple à 12 ou 14 V. la tension U 1 de la machine électrique dépend par exemple de la consigne appliquée par l'appareil de commande 7 et en général elle correspond à la tension U2 de la partie haute tension. La puissance P3 prélevée par les utilisateurs 4 de la par- tie basse tension peut atteindre, comme indiqué, une valeur maximale P3max, qui dans le réseau de bord usuel 110 du véhicule, est alimentée à partir du réseau haute tension à travers le convertisseur de tension continue 16'. C'est pourquoi le convertisseur de tension continue doit avoir une capacité appropriée en fonction des demandes typiques du système notamment à pleine charge. Cela se traduit par une mise en oeuvre de moyens importants notamment du point de vue du coût, de l'encombrement et du refroidissement.35 But de l'invention La présente invention a pour but de développer des solu- tions plus simples et plus économiques pour des réseaux de bord de véhicules automobiles à deux parties. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un réseau de bord de véhicule automobile comportant au moins deux parties reliées par un convertisseur de tension continue et un interrupteur de jonction, la seconde partie du réseau comportant au moins un utilisateur émettant deux demandes de puissance, le réseau de bord du véhicule, en pré- sence d'une première requête de puissance de l'utilisateur fournit une puissance selon un premier mode de fonctionnement, l'interrupteur de jonction étant ouvert, et l'alimentation se faisant seulement par le convertisseur de tension continue et en cas de seconde demande de puis- sance, plus élevée de l'utilisateur, dans un second mode de fonctionnement, l'interrupteur de jonction étant fermé, on transfère la puissance par l'interrupteur de jonction à partir de la première partie de réseau vers la seconde partie de réseau. L'invention permet d'équiper des réseaux de bord de vé- hicules à au moins deux parties avec des convertisseurs de tension con- tinue simples et économiques. Grâce à l'interrupteur de jonction pour contourner le convertisseur de tension continue on peut injecter la puissance manquante dans une partie de réseau vers l'autre partie du réseau. L'invention, réalise le couplage direct des parties de ré- seau par un interrupteur commandé (appelé interrupteur de jonction). L'interrupteur de jonction peut également être commandé par une unité de calcul principale, par exemple un appareil de commande. En cas de pointe de puissance, sous la forme d'une puissance P3max dans la par- tie basse tension du réseau, on peut fermer l'interrupteur de jonction et injecter la puissance nécessaire directement à partir de la partie haute tension du réseau. Avant de relier les parties du réseau, on coupe avantageusement l'accumulateur d'énergie de la partie haute tension et on règle la tension de sortie de la machine électrique de la partie haute tension du réseau sur la tension de la partie basse tension du réseau. Selon l'invention, le convertisseur de tension continue sera simplement dimensionné pour une puissance maximale Pl L'interrupteur de jonction ne sera pas fermé dans tous les cas lorsque des pointes de puissance arrivent dans la partie basse tension du réseau notamment pour des pointes de puissance de courte durée. La possibilité de séparer l'accumulateur d'énergie de la partie haute tension du réseau n'entraîne aucun coût supplémentaire souvent les accumulateurs d'énergie ont des interrupteurs de coupure pour des raisons de sécurité. L'invention permet globalement le couplage de parties d'un réseau de bord de véhicule automobile comme décrit ci-dessus avec des moyens réduits. Selon l'invention, il est prévu un convertisseur de tension continue, conçu seulement pour une charge partielle mais qui est avantageux vis-à-vis d'un convertisseur de tension continue correspondant à la capacité de la charge totale, et cela du point de vue du coût, de l'encombrement et du refroidissement. Le convertisseur de tension continue évite que l'accumulateur d'énergie de la partie basse ten- sion du réseau (c'est-à-dire la batterie du véhicule) ne fonctionne normalement en cycle. Un tel fonctionnement en cycle est ainsi réduit ou est supprimé complètement, ce qui augmente la durée de vie de l'accumulateur d'énergie de la partie basse tension du réseau et permet d'utiliser une batterie classique économique. De plus, le potentiel de récupération est augmenté car il est possible de manière simple de transférer de l'énergie de la partie haute tension vers la partie basse tension du réseau ce qui se traduit par une réduction avantageuse de la consommation de carburant et des émissions polluantes. Une unité de calcul selon l'invention, par exemple l'appareil de commande évoqué ci-dessus, permet de commander l'interrupteur de l'accumulateur d'énergie de la partie haute tension du réseau avec un régulateur pour la tension de sortie fournie par la machine électrique de cette partie de réseau et un interrupteur de jonction qui est notamment programmé pour appliquer le procédé de l'invention. Il est également avantageux d'implémenter le procédé sous la forme d'un programme car cela est particulièrement intéressant du point de vue du coût, notamment si l'appareil de commande assure également d'autres fonctions existant de toute façon. Des supports de données appropriés pour le programme d'ordinateur sont notamment des disquettes, des disques durs, des mémoires flash, des mémoires EEPROM, CD-ROM et DVD. On peut également envisager de télécharger le programme par un réseau d'ordinateurs (Internet, Intranet ou autres). Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un réseau de bord de véhicule et d'un procédé de gestion d'un tel réseau selon l'invention représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est le schéma d'un réseau de bord d'un véhicule automo- bile selon l'état de la technique, - la figure 2 montre le schéma d'un mode de réalisation d'un réseau de bord de véhicule selon l'invention, - la figure 3 montre un ordinogramme du procédé de l'invention.35 Description de modes de réalisation de l'invention A la figure 2 on utilisera les mêmes références pour dési- gner les mêmes éléments qu'à la figure 1, dont la description ne sera pas reprise de manière détaillée. La figure 2 montre un réseau de bord de véhicule auto- mobile correspondant à un mode de réalisation de l'invention. Le réseau portant globalement la référence 100 a les principaux composants du réseau de bord de véhicule 110 décrit précédemment ; il comporte également deux parties de réseau reliées par un convertisseur de tension continue 16. Contrairement au convertisseur de tension 16' du réseau de bord 110, le convertisseur de tension 16 n'est conçu que pour un mode de fonctionnement en charge partielle et ne peut répondre seul de façon permanente à une demande maximale de puissance P3max dans la partie basse tension du réseau. Le convertisseur de tension continue 16 est néanmoins beaucoup plus économique que le convertisseur de tension continue 16' du réseau de bord de véhicule 110. Pour répondre à une demande de puissance maximale P3max dans la partie basse tension du réseau, il est prévu en plus un interrupteur de jonction 6, commandé. L'interrupteur de jonction 6 sera fermé par une commande fournie par exemple par l'appareil de com- mande 7 relié par la ligne 10. Au préalable, comme décrit, on coupe avantageusement l'accumulateur d'énergie 5 de la partie haute tension du réseau en ouvrant l'interrupteur de coupure 5 et on abaisse la tension de sortie de la machine électrique 1 sur celle de la partie basse tension du réseau. On évite ainsi des surtensions dans la partie basse tension du réseau. L'interrupteur de jonction 6 et le convertisseur de tension continue 16 sont logés dans un boîtier 15. En fermant l'interrupteur de jonction 6, une partie P1 de la puissance P3 demandée par la partie basse tension du réseau est fournie par l'intermédiaire du convertisseur de tension continue 16 et une autre partie P2 est fournie par l'interrupteur de jonction 6. L'interrupteur de coupure 5 et l'interrupteur de jonction 6 sont réalisés de préférence sous la forme d'interrupteurs semiconducteurs, en variante comme interrupteur à mode de fonctionne- ment linéaire ou sous la forme de relais. Pour des raisons de sécurité, les interrupteurs 5, 6 peuvent également être redondants. Les interrupteurs 5, 6 peuvent également assurer des fonctions de diodes ou de fusibles. L'appareil de commande 7 peut être réalisé sous la forme d'un appareil de commande distinct. Il est possible de répartir la dispo- sition dans l'espace également à la machine électrique 1 et/ou au boîtier d'accumulateur d'énergie 11 et/ou au boîtier de convertisseur 15. La figure 3 montre un mode de réalisation préférentiel du procédé de l'invention sous la forme d'un ordinogramme portant globa- lement la référence 200. Selon une première étape de procédé 210, le système par exemple l'appareil de commande 7, reçoit une information 211 concernant la demande de puissance maximale P3max dans la partie basse tension du réseau. L'appareil de commande peut par exemple constater que l'on atteint une capacité maximale du convertisseur de tension con- tinue 16 que l'appareil de commande 7 gère également. Dans l'étape de procédé 220 suivante, l'appareil de com- mande 7 fournit un signal 221 à l'interrupteur de coupure 5 qui coupe l'accumulateur d'énergie 2 de la partie haute tension du réseau. Dans l'étape de procédé suivante 230, l'appareil de com- mande 7 émet une demande correspondante 231 vers la machine électrique 1 de la partie haute tension du réseau pour régler la tension de sortie Ul de la machine électrique 1 sur celle de la partie basse tension du réseau. Dans l'étape de procédé 240 suivante, l'appareil de com- mande 7 émet un autre signal 241 pour fermer l'interrupteur de jonction 6 et répondre de manière fiable à la demande de puissance P3max provenant de la partie basse tension du réseau à partir de sa partie haute tension. Cela est le cas dans l'étape de procédé suivante 250. Si maintenant arrive une autre information 251 selon laquelle la demande de puissance maximale P3max de la partie basse tension du réseau s'arrête, le procédé 200 peut s'exécuter dans l'ordre inverse pour revenir à l'étape 210. A ce moment on ouvre tout d'abord l'interrupteur de jonction 6 (étape 240) puis on règle la machine électrique 1 de nouveau sur le niveau supérieur de la tension de sortie Ul (étape 230) et ensuite on ferme de nouveau l'interrupteur de coupure 5 (étape 220).5 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Machine électrique 2 Accumulateur d'énergie 3 Accumulateur d'énergie 5 Interrupteur de coupure 6 Interrupteur de jonction 7 Appareil de commande 8 Ligne 9 Ligne 10 Ligne 11 Boîtier 12 Liaison mécanique 13 Moteur thermique 14 Ligne 15 Boîtier de convertisseur 16' Convertisseur de tension continue 16 Convertisseur de tension continue 100 Réseau de bord de véhicule automobile 110 Réseau de bord à deux tensions, connu 200 Ordinogramme du procédé de l'invention 210-251 Etapes du procédé de l'ordinogramme P3 Puissance P3max Puissance maximale Ul Tension de sortie de la machine électrique 1 U3 Tension du réseau basse tension30 REVENDICATIONS1°) Réseau de bord de véhicule automobile (100) comportant au moins deux parties de réseau reliées par un convertisseur de tension continue (16) et un interrupteur de jonction (6), - la seconde partie du réseau comportant au moins un utilisateur émettant deux demandes de puissance (P3, P3max), - le réseau de bord du véhicule, en présence d'une première requête de puissance (P3) de l'utilisateur (4) fournit une puissance selon un premier mode de fonctionnement, l'interrupteur de jonction (6) étant ouvert, et l'alimentation se faisant seulement par le convertisseur de tension continue (16), et en cas de seconde demande de puissance (P3max) plus élevée de l'utilisateur (4), dans un second mode de fonctionnement, l'interrupteur de jonction (6) est enfermé, on transfère une puissance par l'interrupteur de jonction (6) à partir de la première partie de réseau vers la seconde partie de réseau. 2°) Réseau de bord de véhicule automobile (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie de réseau comporte un accumulateur d'énergie (2) relié à la première partie de réseau par l'intermédiaire d'un interrupteur de coupure (5) commandé. 3°) Réseau de bord de véhicule automobile (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie de réseau comporte une machine électrique (1) avec une tension de sortie réglable pour injecter dans la première partie de réseau. 4°) Réseau de bord de véhicule automobile (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce quele convertisseur de tension continue (16) a une puissance nominale (p lmax) inférieure à la demande de puissance maximale (P3max) d'au moins un utilisateur (4). 5°) Réseau de bord de véhicule automobile (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie de réseau est une partie haute tension et la seconde partie de réseau, une partie basse tension. 6°) Procédé (200) de gestion d'un réseau de bord de véhicule automobile (100) selon l'une des revendications 1 à 5 selon lequel, dans le cas d'une première demande de puissance (P3) d'au moins un utilisateur (4) dans le premier mode de fonctionnement on fournit une tension lorsque l'interrupteur de jonction (6) est ouvert uniquement par le convertisseur de tension continue (16) et en cas de seconde demande de puissance (P3max) plus élevée, de la part d'au moins un utilisateur (4) dans un second mode de fonctionnement, on fournit une puissance lorsque l'interrupteur de jonction (6) est fermé, en passant par cet inter- rupteur (6) à partir de la première partie de réseau vers la seconde par- tie de réseau. 7°) Procédé (200) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' avant une commutation pour passer du premier au second mode de fonctionnement, dans le premier mode de fonctionnement l'interrupteur de coupure (5), commandé, coupe l'accumulateur d'énergie (2) de la première partie du réseau. 8°) Procédé (200) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' avant de commuter du premier au second mode de fonctionnement, on règle la tension de sortie (U1) d'une machine électrique appartenant à la première partie de réseau sur une valeur (U3) appartenant à la seconde partie du réseau.9°) Procédé (200) selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans le premier mode de fonctionnement, on fait fonctionner la première partie de réseau avec une tension supérieure à celle de la seconde partie de réseau. 10°) Procédé (200) selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans le second mode de fonctionnement, on fait fonctionner la première partie de réseau avec la même tension que celle de la seconde partie de réseau. 11°) Procédé (200) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on commute du premier mode de fonctionnement au second mode de fonctionnement si la seconde demande de puissance (P3max) dépasse la puissance nominale du convertisseur de tension continue (16) notamment pour une durée définie. 12°) Procédé (200) selon la revendication 11, caractérisé en ce qu' on prélève pendant une courte durée dans l'accumulateur d'énergie (3) de la seconde partie de réseau, la puissance nécessaire pour répondre à la seconde demande de puissance (P3max) si la seconde demande de puissance (P3max) dépasse la puissance nominale du convertisseur de tension continue (16). 13°) Unité de calcul notamment appareil de commande (7) d'un véhicule automobile appliquant la procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 12. 14°) Programme d'ordinateur comportant des moyens de codes de programmes pour commander un ordinateur ou une unité de calcul et appliquer le procédé selon l'une des revendications 5 à 12 lorsque leprogramme est exécuté par un ordinateur ou par une unité de calcul notamment selon la revendication 13. 15°) Support de mémoire visible par une machine comportant l'enregistrement d'un programme d'ordinateur avec des moyens de codes de programme pour commander un ordinateur ou une unité de calcul à exécuter le procédé selon l'une des revendications 5 à 12 lorsque le programme est appliqué par un ordinateur ou une unité de calcul.10