Brevet FR2983011A1 — publié le 20130524

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de gestion d'une unité d'alimentation en énergie d'un réseau embarqué de véhicule automobile ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Etat de la technique Les unités d'alimentation en énergie de réseaux embar- qués de véhicules automobiles peuvent être utilisées comme générateurs électriques (génératrice habituellement un alternateur bien que l'on connaisse également les générateurs de courant continu), des géné- rateurs à griffes polaires à excitation électrique. Le couple d'entraînement du générateur est dans ce cas appliqué par une liaison mécanique (par exemple par courroie) à partir du moteur thermique. Le courant dans l'enroulement de rotor constitue la grandeur de réglage servant à réguler la tension embarquée et cette tension est prédéfinie par un régulateur de champ approprié. La régulation évite par exemple que des vitesses de rotation de moteur très différentes se traduisent par des niveaux de tension variant très fortement en sortie du générateur et qui risquent des dommages électriques. La consigne du courant dans l'enroulement de rotor se fait normalement par un commutateur élec- tronique commandé tel qu'un transistor MOSFET et son circuit de charge correspondant. Pour obtenir la tension continue nécessaire à partir d'une tension alternative polyphasée fournie par le générateur, la tension con- tinue étant utilisée dans le réseau embarqué, on peut utiliser des cir- cuits redresseurs. L'utilisation de redresseurs de courant continu à montage en pont avec tel ou tel circuit logique commandant les éléments redresseurs commutés est par exemple possible selon le document MOSFET. Dans le cas des ondulations de tension en sortie des re- dresseurs, pour lisser ces ondulations, on peut utiliser une ou plusieurs capacités dans le circuit intermédiaire (capacité de circuit intermédiaire). Pour obtenir également une tension continue, sans si possible tension de bruit de fond, pour une charge énergétique relati- vement élevée, il faut délimiter cette tension de manière suffisamment importante. Pendant le fonctionnement, le réseau embarqué est ali- menté en courant par l'unité d'alimentation en énergie. Des composants de l'unité d'alimentation en énergie elle-même tels que par exemple l'enroulement de rotor, les circuits logiques évoqués ci-dessus (par exemple une logique de régulation de champ, une logique de redressement) permettent d'alimenter les commutateurs ou les capacités intermédiaires mais seront appliqués dans le cadre de l'invention comme composants alimentés du réseau embarqué. En cas de non fonctionnement du générateur, le réseau embarqué est alimenté par la batterie du véhicule. Pendant la mise en route de l'unité d'alimentation en énergie, on applique en plus à l'enroulement de rotor, les circuits logiques, les commutateurs électro- niques, les capacités intermédiaires et autres qui sont alimentés par la batterie du véhicule. En particulier, l'alimentation des capacités intermédiaires est délicate pour des raisons évoquées. Comme à l'arrêt du générateur, il faut éviter les courants de fuite dans les capacités de circuits intermédiaires, on les coupe habi- tuellement du réseau embarqué lors de l'arrêt du générateur. Lorsqu'on branche les capacités intermédiaires supplémentaires sur le réseau embarqué, on aura ainsi brièvement des intensités élevées jusqu'à la charge de la capacité de circuit intermédiaire. Cette ou ces capacités peuvent se traduire par un dommage de l'un ou de plusieurs compo- sants du réseau embarqué. L'état de charge correspondant des capaci- tés de circuit intermédiaire doit toutefois être assuré pour utiliser l'unité d'alimentation en énergie. Des possibilités pour limiter le courant de branchement des capacités annulaires sont le branchement en amont d'une charge ohmique ou inductive, la charge de la tension appliquée aux capacités intermédiaires, l'existence d'un régulateur d'intensité de transistor, une conception appropriée de tous les composants du réseau embarqué pour réduire le dommage par des courants de charge trop élevés et/ou assurer une régulation du courant de charge de la tension de charge par un redresseur. But de l'invention Les possibilités de fonctionnement d'unités d'alimen- tation en énergie s'avèrent en pratique plus ou moins compliquées, coûteuses et/ou inefficaces de sorte qu'il est souhaitable de les perfection- ner. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de gestion d'une unité d'alimentation en énergie d'un réseau embarqué de véhicule automobile selon lequel l'unité d'alimentation en énergie comporte un générateur électrique ayant un stator avec un enroulement de stator et un rotor avec un enroulement de rotor ainsi qu'un régulateur de champ associé à l'enroulement de rotor pour prédéfinir le courant traversant l'enroulement de rotor, le générateur électrique est mis en rotation sans prédéfinir le cou- rant dans l'enroulement de rotor, ce qui génère une tension de démarrage, avec la tension de démarrage, on alimente au moins un composant de l'unité d'alimentation en énergie ou du réseau embarqué. L'invention utilise la rémanence magnétique du rotor (notamment celle du noyau portant l'enroulement) pour générer une tension de démarrage sans nécessiter d'excitation extérieure (c'est-à-dire sans faire passer de courant dans l'enroulement de rotor) et alimenter ainsi les composants du réseau embarqué. La tension de dé- marrage convient tout particulièrement pour recharger les capacités du circuit intermédiaire, pour alimenter l'enroulement de rotor, le régulateur de champ, les circuits logiques et les circuits électroniques pour faire passer ainsi l'unité d'alimentation en énergie en mode de fonctionnement normal. Cela permet notamment un fonctionnement de secours si, par exemple, la batterie du véhicule est déchargée. La régulation de l'amplitude de la tension de démarrage se fait ainsi notamment par la prédéfinition de la vitesse de rotation. Cette procédure est analogue à celle des machines schunt mais toutefois il s'agit de générateurs de véhicules automobiles et non pas de machines schunt de sorte que l'utilisation de la rémanence n'est pas évidente. L'unité d'alimentation en énergie peut comporter un gé- nérateur à courant continu ou un alternateur suivi d'un redresseur. Du fait du besoin croissant d'énergie électrique dans un véhicule, de la re- cherche de réduction de consommation de carburant et de la diminution des émissions polluantes ainsi que du souhait de combiner les avantages d'un moteur électrique à ceux d'un moteur thermique, on utilise toutefois de plus en plus des machines électriques à double fonction c'est-à-dire des démarreurs/générateurs. Les unités d'alimentation en énergie équipées de telles machines électriques profitent également des avantages de l'invention. Les unités d'alimentation en énergie équipées de généra- teurs dont le rotor est équipé d'un enroulement et d'aimants perma- nents supplémentaires, c'est-à-dire d'aimants auxiliaires, peuvent fonctionner selon l'invention. Les aimants auxiliaires servent alors à augmenter la puissance électrique fournie par le générateur. Ils se traduisent automatiquement par une rémanence du rotor. La présente invention permet grâce à l'utilisation de la rémanence magnétique, de développer une source d'énergie autonome dans un véhicule et qui peut fonctionner indépendamment d'autres sources d'énergie. En réglant une vitesse de rotation suffisante, cette source d'énergie autonome pourra servir avantageusement à alimenter l'électronique de puissance, par exemple un générateur ou un redres- seur ou encore servir à charger des condensateurs d'un réseau de l'unité d'alimentation en énergie. L'invention offre ainsi une série d'avantages : fournir la tension de fonctionnement à la partie logique de l'électronique de puissance d'une unité d'alimentation en énergie, notamment des redresseurs, se fera selon l'invention sans utiliser d'autres sources d'énergie, la charge des condensateurs d'une unité d'alimentation en énergie (par exemple des condensateurs de circuits intermédiaires) ou du réseau utilisateur en aval (par exemple dans la direction électrique) pourra se faire selon l'invention sans utiliser d'autres sources d'énergie, d'autres périphériques de l'unité d'alimentation en énergie ou en aval de celle-ci (par exemple des parties de l'électronique de puis- sance ou des utilisateurs du réseau de l'unité d'alimentation en énergie) pourront être alimentés avec l'énergie générée selon l'invention, on économisera des sources de tension supplémentaires pour alimenter les composants de l'unité d'alimentation en énergie, l'unité d'alimentation en énergie selon l'invention est également disponible en cas de défaillance des sources d'énergie selon l'état de la technique à la condition d'une vitesse de rotation suffisante. On a des avantages particuliers dans les systèmes ayant une capacité de circuit intermédiaire comme évoqué ci-dessus. Une ca- pacité de circuit intermédiaire correspondante peut se charger préala- blement, notamment au démarrage d'un moteur correspondant et du générateur associé, sans utiliser d'autres sources d'énergie. Il n'est pas nécessaire de relier ainsi une capacité de circuit intermédiaire à la batterie du véhicule pour garantir l'état de charge correspondant, ce qui évite les éventuels courants de fuite risquant de décharger la batterie. La capacité de circuit intermédiaire peut être chargé à la montée en puissance du moteur et ce n'est que lorsqu'on est dans un état de charge suffisant que la liaison se fera avec le réseau embarqué en aval. On évite dans ces conditions les courants de branchement éle- vés. En particulier, la charge préalable d'une capacité de circuit inter- médiaire par un redresseur comme décrit ci-dessus devient superflue. La probabilité de défaillance du véhicule est réduite dans ces conditions. Les moyens selon l'invention permettent l'économie de composants supplémentaires tels que des résistances des transistors et/ou des bobines pour charger une capacité de circuit intermédiaire, ce qui se traduit par une économie. En outre, la précharge par la tension de démarrage générée selon l'invention peut également se faire en parallèle et/ou en complément des possibilités connues de limitation du courant de charge, ce qui garantit une meilleure sécurité vis-à-vis des défail- lances par des effets redondants. L'invention permet ainsi d'éviter des intensités élevées au moment du branchement du réseau embarqué sur l'unité d'alimentation en énergie et ainsi le risque d'endommager des composants du réseau embarqué par des courants de charge élevés. Les étapes de procédé décrites ci-dessus peuvent égale- ment s'appliquer lorsqu'on utilise un redressement actif pendant une commande ciblée des transistors pour réaliser le mode de réglage au niveau haut. Cela permet d'atteindre plus rapidement la tension avec le principe décrit que cela ne serait possible par un redresseur passif. Cela est notamment avantageux pour précharger une capacité de circuit in- termédiaire. Une unité de calcul selon l'invention, par exemple un ap- pareil de commande de véhicule, est notamment conçue par son programme pour appliquer le procédé de l'invention. L'implémentation du procédé sous la forme d'un pro- gramme est avantageuse car le coût en est particulièrement réduit, no- tamment si l'appareil de commande ou de gestion qui applique ce procédé est utilisé pour d'autres fonctions et existe ainsi de toute façon. Les supports de données appropriés pour le programme d'ordinateur sont les disquettes, les disques durs, les mémoires flash, les mémoires EEPROM, les CD-ROM, les DVD. On peut également envisager de télé- charger un programme par un réseau d'ordinateur tel qu'Internet, Intranet ou autre. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 montre un réseau embarqué équipé d'une unité d'alimentation en énergie selon l'invention, la figure 2 montre un réseau embarqué avec une unité d'alimentation en énergie correspondant à un autre mode de réali- sation de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un réseau embarqué d'un véhicule au- tomobile équipé d'une unité d'alimentation en énergie 100 selon un mode de réalisation de l'invention, c'est-à-dire ayant une structure d'un mode de réalisation de l'invention ou gérée selon un mode de réalisation de l'invention. L'unité d'alimentation en énergie 100 comporte une machine électrique 10 ; dans la suite, on supposera que la machine électrique est un générateur synchrone à excitation extérieure. La machine électrique est entraînée par un moteur thermique 9 et elle est reliée par un moyen de couplage approprié, par exemple une liaison mécanique 8 sous la forme d'un entraînement par courroie au moteur thermique 9. La machine électrique 10 est reliée électriquement à un redresseur 6 ; plusieurs bornes de phases 7 correspondant au nombre de phases fournies par la machine électrique 10 sont prévues. Côté tension conti- nue, un régulateur de champ 2 est relié à l'enroulement 1 du rotor de la machine électrique 10. Le régulateur de champ 2 commande l'enroulement de rotor 1 et un éventuel redressement actif dans le redresseur 6. Un élément de commutation 4 permet de relier un accumu- lateur d'énergie 3, par exemple la batterie du véhicule, au côté tension continue du redresseur 6 ou d'être coupé de celui-ci. Côté tension continue du redresseur 6, il y a au moins un utilisateur 5. On a également prévu des utilisateurs qui peuvent être reliés ou séparés de l'unité d'alimentation en énergie par l'élément de commutation 4. Le réseau embarqué est équipé d'une unité de calcul 12 dont le programme est destiné à appliquer l'invention. En particulier, cette unité de calcul commande le régulateur de champ 2, le commutateur 4, le redresseur 6, et autre en fonction de l'invention. L'alimentation de l'unité de calcul peut se faire selon la figure 1 par l'accumulateur d'énergie 3 ainsi que par un autre accumulateur d'énergie équipant le système tel qu'une installation de tension différente de l'accumulateur d'énergie 3. Selon l'invention, on suppose que l'enroulement de rotor n'est pas alimenté ou que la machine électrique 10 est à l'arrêt. L'élément de commutation 4 est ainsi tout d'abord ouvert de sorte que l'unité d'alimentation en énergie est coupée du réseau embarqué. Néanmoins, le rotor, en particulier l'induit de celui-ci, a une rémanence magnétique suffisante pour générer une tension de démarrage dès la mise en route du générateur sans qu'un courant ne soit prédéfini par l'enroulement de rotor. La tension de démarrage est elle-même utilisée d'une façon particulièrement avantageuse pour faire passer l'unité d'alimentation en énergie elle-même en mode de fonctionnement normal en ce que par exemple tout d'abord le redresseur 6 reçoit la tension de démarrage. Une alimentation par des tensions du réseau embarqué n'est pas nécessaire de sorte que les composants correspondants peu- vent être dimensionnés de manière plus réduite, voire supprimés. L'amplitude de la tension de démarrage peut être influencée par la vitesse de rotation. En équipant en plus le rotor de la machine électrique 10 de matière ferromagnétique, on augmente la densité du flux magné- tique et ainsi cela permet de réduire la vitesse de rotation nécessaire pour obtenir une certaine tension électrique. Si un certain niveau de tension (par exemple 12 V) est at- teint du côté de la tension continue du redresseur 6, on pourra tout d'abord alimenter par exemple le régulateur de champ 2 (et ainsi l'enroulement de rotor 1). A partir de cet instant, l'unité d'alimentation en énergie 100 est en mode de fonctionnement normal, ce qui permet d'alimenter d'autres utilisateurs électroniques 5 reliés au réseau embarqué. L'élément de commutation 4 peut alors être fermé pour relier l'unité d'alimentation en énergie 100 aux autres parties du réseau em- barqué. Si le point de départ est un état initial dans lequel on dispose déjà d'une excitation partielle de l'enroulement de rotor 1, le fonctionnement est comparable à ce qui vient d'être décrit. La tension induite dans les phases du stator est toutefois plus grande au début du fait de la combinaison des effets (rémanence du rotor et excitation dans l'enroulement de rotor). Le niveau de tension souhaité pourra ainsi être atteint plus rapidement. La figure 2 montre un réseau embarqué équipé d'une unité d'alimentation en énergie 200 correspondant à un mode de réali- sation de l'invention et/ou qui peut fonctionner comme un mode de réa- lisation de l'invention. Sur le fondement de la figure 2, on décrira en particulier la charge préalable d'un condensateur de circuit intermédiaire 11. Les éléments correspondent pour l'essentiel à ceux du mode de réalisation déjà décrit ci-dessus selon la figure 1 ; toutefois dans le cas présent, le régulateur de champ 2 est représenté comme étant séparé du redresseur 6. Lorsqu'on dispose de l'excitation complète de l'enroulement de rotor 1, la rémanence du rotor induit tout d'abord une tension réduite dans les phases du stator et cette tension est émise par les lignes de phases 7. Par un circuit de redresseur 6, correspondant (par exemple de manière passive avec des diodes ou de manière active avec des transistors ou le cas échéant de façon mélangée), on aura une tension de démarrage sur les capacités de circuits intermédiaires 11 ; cette tension de démarrage entraîne un courant de charge de la capacité du circuit intermédiaire 11 qui dépend de l'amplitude de la tension. La tension de démarrage peut en outre servir à l'alimentation du régulateur de champ 2 et de l'enroulement de rotor 1. Le courant d'excitation qui en résulte augmente à la vitesse de rotation constante, la tension induite dans les phases du stator et la tension de fin de course, ce qui se traduit à son tour par un courant d'excitation plus intense ou correspond finalement à la tension de fin de course de la capacité de circuit intermédiaire pour un certain niveau de tension souhaité, par exemple la tension nominale ou la tension de charge de l'accumulateur d'énergie 3 qui permettra de fermer l'élément de commutation 4 sans le passage d'intensité excessivement élevé dans l'élément de commutation 4. Le réglage de la tension aux bornes de la capacité de circuit intermédiaire 11 sur le niveau de tension souhaité pourra se faire par une consigne de vitesse de rotation, une régulation du courant d'excitation par le régulateur de champ 2 et/ou par une commande correspondante des éléments de commutation dans le redresseur (en particulier pendant le mode de montée décrit ci-dessus). Si l'enroulement de rotor 1 est complètement excité ou particulièrement excité, la machine électrique 10 pourra fonctionner comme moteur par une alimentation appropriée du stator. NOMENCLATURE 2 Régulateur de champ 3 Accumulateur d'énergie 4 Elément de commutation 5 Utilisateur 6 Redresseur 7 Borne de branchement de phase 8 Liaison mécanique/entraînement par courroie 9 Moteur thermique 10 Machine électrique 11 Condensateur de circuit intermédiaire 12 Unité de calcul 100 Unité d'alimentation en énergie 200 Unité d'alimentation en énergie REVENDICATIONS1°) Procédé de gestion d'une unité d'alimentation en énergie (100, 200) d'un réseau embarqué de véhicule automobile selon lequel l'unité d'alimentation en énergie (100, 200) comporte un généra- teur électrique (10) ayant un stator avec un enroulement de stator et un rotor avec un enroulement de rotor (1) ainsi qu'un régulateur de champ (2) associé à l'enroulement de rotor (1) pour prédéfinir le courant traversant l'enroulement de rotor (1), le générateur électrique (10) est mis en rotation sans prédéfinir le courant dans l'enroulement de rotor (1), ce qui génère une tension de démarrage, avec la tension de démarrage, on alimente au moins un composant (1, 2, 5, 6, 11) de l'unité d'alimentation en énergie (100, 200) ou du réseau embarqué. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité d'alimentation en énergie (200) est tout d'abord coupée du réseau embarqué et elle n'est reliée au réseau embarqué que lorsque la tension de démarrage dépasse un seuil bas. 3°) Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'amplitude de la tension de démarrage est réglée par le réglage de la vitesse de rotation du moteur thermique (10), par une commande ap- propriée du redresseur (6) et/ou par une commande appropriée du régulateur de champ (2). 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composants (1, 2, 5, 6, 11) qui peuvent recevoir la tension de démarrage de l'unité d'alimentation en énergie (100, 200) ou du réseau embarqué sont le régulateur de champ (2) l'enroulement de rotor (1), le redresseur (6), un utilisateur électrique (5) et/ou au moins une capacité intermédiaire (11).5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on met en oeuvre l'unité d'alimentation en énergie (100, 200). 6°) Produit programme d'ordinateur comportant des moyens de code de programme enregistrés sur un support de données lisibles par un ordinateur, ces moyens commandant l'unité de calcul ou une unité correspondante pour appliquer un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 lorsque le procédé est exécuté par une unité de calcul. 7°) Unité de calcul (12) appliquant un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 8°) Unité d'alimentation en énergie (100, 200) d'un réseau embarqué de véhicule automobile équipé d'un générateur électrique (10) ayant un stator avec un enroulement de stator et un rotor avec un enroulement de rotor (1), un régulateur de champ (2) associé à l'enroulement de rotor (1) pour prédéfinir le courant traversant l'enroulement de rotor (1) ainsi qu'une unité de calcul selon la revendication 6. 9°) Unité d'alimentation en énergie selon la revendication 8 comportant un redresseur (6) avec des éléments redresseurs pour redresser les tensions de phases (7) générées par les générateurs électriques (10). 10°) Unité d'alimentation en énergie selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que le rotor comporte en plus au moins un aimant permanent. 11°) Unité d'alimentation en énergie selon l'une des revendications 8 à 10 comportant un élément de commutation (4) pour couper l'unité d'alimentation en énergie par rapport aux autres éléments du réseau embarqué.35