Brevet FR3003827A1 — publié le 20141003

Système d'alimentation électrique d'un réseau de bord de véhicule automobile hybride L'invention concerne un système d'alimentation d'un réseau de bord de 5 véhicule automobile hybride. Avec un véhicule hybride, comportant un moteur thermique et un moteur électrique, il peut être nécessaire de démarrer le moteur thermique en roulant, pendant une phase de propulsion purement électrique. A cet effet, le réseau de bord du véhicule peut comprendre un alterno-démarreur. Lors de la mise en 10 route en phase démarreur de l'alterno-démarreur, la tension du réseau de bord du véhicule, généralement une basse tension de 14V, chute du fait d'un appel important de courant par l'alterno-démarreur. Une telle chute de tension est susceptible de provoquer un arrêt suivi d'un redémarrage d'équipements du réseau de bord. Or, certains de ces équipements assurent des fonctions 15 sécuritaires telles que l'assistance au freinage. Il est indispensable, pour des raisons de sécurité, d'éviter un arrêt même provisoire de ces équipements pendant une phase de conduite. La présente invention vient améliorer la situation. A cet effet, l'invention concerne un système d'alimentation électrique d'un 20 réseau de bord de véhicule automobile hybride, ledit réseau comportant un démarreur et au moins un équipement du véhicule, comprenant une batterie de puissance comportant N modules en série, aptes à alimenter le réseau de bord par l'intermédiaire de N convertisseurs de tension respectifs, caractérisé en ce que les N convertisseurs sont répartis dans un premier et un deuxième groupe, 25 chaque groupe comportant entre 1 et N-1 convertisseurs, le premier groupe est relié à une première sortie d'alimentation, destinée à alimenter ledit équipement, et le deuxième groupe est relié à une deuxième sortie d'alimentation, électriquement séparée de la première, destinée à alimenter le démarreur. Un tel système d'alimentation permet de fournir au réseau de bord deux 30 alimentations électriques séparées. Grâce à cela, la chute de tension provoquée par la mise en marche du démarreur électrique n'aura d'impact que sur les éléments du réseau de bord connectés à la deuxième sortie d'alimentation, à laquelle le démarreur est connecté. Avantageusement, la première sortie d'alimentation est destinée à alimenter un équipement sécuritaire. La première sortie d'alimentation est de préférence dédiée aux équipements sécuritaires du réseau, c'est-à-dire aux équipements dont l'arrêt même provisoire pendant la conduite représente un risque sur le plan de la sécurité. Ainsi, ces équipements sécuritaires ne risquent pas d'être impactés par une mise en marche du démarreur. Avantageusement encore, il comprend au moins une batterie auxiliaire d'alimentation connectée à l'une des sorties d'alimentation. En variante, il comprend deux batteries auxiliaires d'alimentation connectées aux deux sorties d'alimentation respectives. La ou les batteries auxiliaires sont destinées à être chargées par les 15 modules de batterie, afin d'alimenter en temps réel ou ultérieurement le réseau de bord. Dans un mode de réalisation particulier, le premier groupe comprend deux convertisseurs et le deuxième groupe comprend les N-2 autres convertisseurs. On utilise ainsi deux des N modules de batterie et convertisseurs associés pour zo alimenter le ou les équipements du réseau de bord par l'intermédiaire de la première sortie. Cela suffit à alimenter ce ou ces équipements et assure une redondance sécuritaire, en cas de défaillance de l'un des deux modules de batterie. Avantageusement, il comporte des moyens d'équilibrage actif intégrant 25 lesdits convertisseurs, adaptés pour commander un transfert d'énergie électrique depuis au moins un module vers la sortie d'alimentation associée de manière à équilibrer les niveaux de charge respectifs des différents modules. L'équilibrage actif permet de transférer de l'énergie vers les sorties d'alimentation depuis le(s) modules de batterie le(s) plus chargé(s) afin 30 d'alimenter le réseau de bord. Avantageusement encore, chaque convertisseur, associé à un module, est relié à la sortie d'alimentation correspondante par l'intermédiaire d'une diode apte à interrompre la liaison entre ledit module associé et ladite sortie d'alimentation correspondante en cas de défaillance dudit module. Grâce à cela, en cas de défaillance de l'un des modules de batterie, notamment en cas de court-circuit, ce module est déconnecté de la sortie 5 d'alimentation associée par blocage de la diode de protection. L'invention concerne aussi un réseau de bord de véhicule automobile hybride comportant un démarreur, au moins un équipement et un système d'alimentation selon l'une des revendications précédentes, l'équipement étant relié à la première sortie d'alimentation et le démarreur étant relié à la deuxième 113 sortie d'alimentation. Avantageusement : - ledit équipement relié à la première sortie est un équipement sécuritaire ; - le réseau de bord comprend au moins un équipement non sécuritaire 15 relié à la deuxième sortie d'alimentation ; - le réseau de bord comprend plusieurs équipements sécuritaires et en ce que tous les équipements sécuritaires sont reliés à la première sortie d'alimentation ; - le réseau de bord comprend plusieurs équipements non sécuritaires 20 reliés à la deuxième sortie d'alimentation ; - le démarreur est un alterno-démarreur ; L'invention concerne encore un véhicule automobile intégrant un système d'alimentation tel que précédemment défini ou un réseau de bord tel que défini ci-dessus. 25 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de différents modes de réalisation du système d'alimentation et du réseau de bord de véhicule hybride selon l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente de façon schématique le système d'alimentation 30 du réseau de bord, selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 représente de façon schématique le réseau de bord alimenté par le système d'alimentation de la figure 1 et - la figure 3 représente un organigramme des étapes d'un procédé d'alimentation du réseau de bord à l'aide du système de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté un système d'alimentation d'un réseau de bord d'un véhicule automobile hybride comportant un moteur thermique et un 5 moteur électrique. Le réseau de bord 8, représenté sur la figure 2, est un réseau de basse tension, ici de 14 V. Il comporte des équipements de confort, tels qu'une radio 80, un système de climatisation 81, des moteurs de vitres 82, etc., et des équipements de conduite, tels qu'un calculateur d'assistance au freinage 83 et 10 un calculateur 84 d'anti-blocage de roues, etc.). Certains équipements, dits « sécuritaires », assurent des fonctions de sécurité pendant la conduite (assistance au freinage 83, anti-blocage de roue 84). D'autres équipements, dits « non sécuritaires », assurent des fonctions n'ayant pas ou peu d'impact sur la sécurité pendant la conduite (climatisation 81, radio 80, fermeture/ouverture des 15 vitres 82, etc.). Le réseau de bord 8 comporte en outre un démarreur 85 apte à assurer une fonction de démarrage du moteur thermique. Dans le mode de réalisation décrit ici, le démarreur 85 est un alterno-démarreur, apte à démarrer le moteur thermique, notamment pendant une phase de conduite ou de propulsion 20 purement électrique, c'est-à-dire pendant que le véhicule roule déjà en utilisant le moteur électrique. Le système d'alimentation comporte une batterie de traction 1, ou de puissance, de tension élevée, par exemple de 400V. La batterie de traction 1 est ici une batterie d'accumulateurs électrochimiques. Elle comprend une pluralité N 25 de modules d'accumulateurs mis en série. Dans l'exemple particulier décrit ici, la batterie comporte six modules d'accumulateurs (autrement dit N=6), notés 10a à 10f. Chaque module d'accumulateurs 10a-10f intègre un ou plusieurs étages d'accumulateur(s), ces étages étant mis en série. Chaque étage d'accumulateur(s) peut comporter un accumulateur ou plusieurs accumulateurs 30 en parallèle. Les N modules d'accumulateurs 10a-10f sont respectivement connectés à N convertisseurs de tension 2a à 2f. Chaque convertisseur 2a-2f comporte deux bornes d'entrée branchées aux bornes du module de batterie 10a-10f correspondant. Le système d'alimentation comprend deux sorties d'alimentation séparées, notées 4 et 5. La première sortie d'alimentation 4 est destinée à 5 alimenter certains équipements, comprenant ici au moins les équipements sécuritaires du réseau de bord 8, à savoir les calculateurs 83 et 84. La deuxième sortie d'alimentation 5 est destinée à alimenter au moins le démarreur 85. Les équipements non sécuritaires (80, 81, 82) du réseau de bord 8 sont ici reliés à la deuxième sortie 5. Toutefois, on pourrait envisager de relier un ou plusieurs 10 équipements non sécuritaires à la première sortie d'alimentation 4. De préférence, tous les équipements sécuritaires du réseau de bord sont connectés à la première sortie 4. Dans l'exemple particulier décrit ici, deux convertisseurs 2a et 2b sont reliés en sortie à la première sortie d'alimentation 4, et les quatre autres 15 convertisseurs 2c-2f sont reliés en sortie à la deuxième sortie d'alimentation 5. L'utilisation d'au moins deux modules de batterie et de deux convertisseurs associés pour chaque sortie d'alimentation 4 (5) offre une redondance sécuritaire en particulier en cas de défaillance de l'un des deux modules de batterie. En outre, pour l'alimentation des calculateurs 83, 84, l'utilisation de deux modules de zo batterie est suffisant. Chaque convertisseur 2a-2f assure un isolement galvanique entre le module de batterie 10a-10f et la sortie d'alimentation 4 ou 5, auxquels il est connecté. Une diode de protection 3a-3f est interposée entre chaque convertisseur 25 2a-2f et la sortie d'alimentation correspondante 4 ou 5. Cette diode 3a-3f est adaptée pour basculer d'un état passant à un état bloqué en cas de défaillance du module de batterie auquel elle est reliée, notamment en cas de court-circuit. Lorsque une diode 3a-3f est bloquée, le module correspondant 10a-10f n'est plus relié à la sortie d'alimentation correspondante. 30 Le système d'alimentation comprend également deux batteries auxiliaires 6 et 7, respectivement connectées entre les sorties d'alimentation 4 et 5 et la masse. Ces deux batteries auxiliaires 6, 7 sont destinées à être chargées par la batterie 1, comme cela sera décrit plus loin, et à alimenter le réseau de bord 8. Toutefois, ces batteries auxiliaires 6, 7 sont facultatives. On pourrait envisager de supprimer l'une d'entre elles ou bien les deux. Le réseau de bord 8 est ainsi divisé en deux parties, alimentées 5 séparément : - une première partie 8A comportant les équipements sécuritaires 83, 84; - une deuxième partie 8B comportant le démarreur 85 et ici les équipements non sécuritaires 80-82. 10 Ces deux parties 8A et 8B sont alimentées par deux entrées d'alimentation séparées électriquement l'une de l'autre. Grâce à cela, une chute de tension provoquée par un démarrage de l'alterno-démarreur 85 impactera uniquement la deuxième partie 8B du réseau de bord 8 et n'aura aucun impact sur les équipements sécuritaires de la première 15 partie 8A du réseau de bord 8. Les convertisseurs 2a-2f appartiennent à un système d'équilibrage actif destiné à alimenter le réseau de bord par équilibrage des charges des modules 10a-10f de la batterie 1. Dans l'exemple particulier décrit ici, le système d'équilibrage actif fonctionne de façon analogue au principe d'équilibrage actif zo décrit dans le document FR2959885, à la différence près que l'équilibrage sert à équilibrer les niveaux de charge entre les différents modules, comme explicité ci-après. L'équilibrage actif consiste à transférer de l'énergie du ou des modules de batterie les plus chargés vers le réseau de bord 8 par l'intermédiaire des 25 convertisseurs 2a-2f, jusqu'à ce que tous les modules 10a-10f de la batterie 1 atteignent un seuil de charge moyen, et de manière à alimenter le réseau de bord 8. Le système d'équilibrage comprend - les convertisseurs 2a à 2f, par exemple des convertisseurs flyback, - des appareils de surveillance 9a-9f aptes à surveiller les états de 30 charge respectifs des modules de batterie la-1f et - un dispositif de commande 11 apte à commander les convertisseurs 2a à 2f de façon à équilibrer la charge des modules 1a-1f. L'état de charge d'un module la-1f peut être surveillé par une mesure de la tension aux bornes de ce module, cette tension étant indicative de l'état de charge du module. Dans ce cas, l'état de charge de chaque module de batterie 10a (10b-10f) est surveillé par un tensiomètre 9a (9b-9f) connecté aux bornes du module. On va maintenant décrire un exemple de fonctionnement du système d'alimentation du réseau de bord 8, en référence à la figure 3. Lors d'une première étape El, on mesure la tension aux bornes de chaque module de batterie 10a-10f, au moyen de l'appareil de surveillance 10 correspondant 9a-9f. Lors d'une étape E2, le dispositif de commande 11 compare entre elles les tensions mesurées aux bornes des différents modules 10a-10f, lors d'une étape E3. Si l'un au moins des modules est plus chargé que les autres modules, lors 15 d'une étape E4 (branche Y sur la figure 3), sous la commande du dispositif de commande 11, on équilibre les charges respectives des modules en transférant l'énergie du module le plus chargé (ou des modules les plus chargés dans le cas où plusieurs modules sont plus chargés que les autres), vers la batterie auxiliaire correspondante (à savoir vers la batterie 6 pour les modules 10a et 10b et vers la 20 batterie 7 pour les modules 10c-10f), par l'intermédiaire des convertisseurs correspondants, de façon analogue à la méthode d'équilibrage décrite dans le document FR2959885. Lorsque les charges des différents modules sont équilibrées, le procédé revient à l'étape El. Si les états de charge des différents modules sont égaux (branche N sur 25 la figure 3), le procédé revient à l'étape El. En toute hypothèse, le procédé (étapes El et suivantes) est réitéré à intervalles de temps réguliers afin de surveiller régulièrement les états de charge respectifs des modules. En variante, le dispositif de commande 11 pourrait comparer les tensions 30 mesurées des différents modules la-1f à une tension seuil, en déduire un taux de charge relatif et commander, pour chaque module, un éventuel transfert 3003 82 7 8 d'énergie en fonction de ce taux de charge relatif, comme décrit dans le document FR2959885. Pour davantage de détails sur les différentes variantes de réalisation de l'équilibrage actif, le lecteur est invité à se reporter au document FR2959885. En 5 toute hypothèse, l'équilibrage s'effectue en déchargeant prioritairement les modules les plus chargés par l'intermédiaire de leur convertisseur associé pour alimenter la partie du réseau de bord 8 correspondante (8A ou 8B). Le transfert d'énergie par équilibrage actif peut se faire à tout moment du fonctionnement du véhicule. Les énergies transférées servent à charger les batteries auxiliaires 6 et/ou 7. En l'absence de batterie auxiliaire, ces énergies fournies par équilibrage serviraient à alimenter directement et en temps réel la partie de réseau associée 8A ou 8B. Lorsque l'alterno-démarreur 85 est mis en fonctionnement en mode démarreur, notamment pendant une phase de propulsion purement électrique, une chute de tension se produit dans la partie 8B du réseau de bord 8. En revanche, aucune chute de tension ne se produit dans la partie 8A du réseau de bord 8. Les équipements sécuritaires du réseau de bord, situés dans la partie 8A du réseau de bord ne risquent donc pas d'être impactés par la chute de tension. Dans la description qui précède, les moyens d'équilibrage actif, intégrant les convertisseurs, sont adaptés pour commander un transfert d'énergie électrique depuis un ou plusieurs module(s) de batterie vers la sortie d'alimentation correspondante (c'est-à-dire celle associée au module considéré) de manière à équilibrer les niveaux de charge respectifs des différents modules. En variante, on pourrait envisager des moyens d'équilibrage actif, intégrant des convertisseurs, adaptés pour commander un transfert d'énergie électrique depuis un ou plusieurs étage(s) d'accumulateurs vers la sortie d'alimentation correspondante de manière à équilibrer les niveaux de charge respectifs des étages d'accumulateurs d'un même module.30 REVENDICATIONS1. Système d'alimentation électrique d'un réseau de bord (8) de véhicule automobile hybride, ledit réseau (8) comportant un démarreur (85) et au moins un équipement du véhicule (80-84), comprenant une batterie de puissance (1) comportant N modules en série (10a-10f), aptes à alimenter le réseau de bord (8) par l'intermédiaire de N convertisseurs de tension respectifs (2a-2f), caractérisé en ce que les N convertisseurs (2a-2f) sont répartis dans un premier (2a, 2b) et un deuxième groupe (2c-2f), chaque groupe comportant entre 1 et N-1 convertisseurs, le premier groupe est relié à une première sortie d'alimentation (4), destinée à alimenter ledit équipement (80-84), et le deuxième groupe est relié à une deuxième sortie d'alimentation (5), électriquement séparée de la première (4), destinée à alimenter le démarreur (85). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première sortie d'alimentation (4) est destinée à alimenter un équipement sécuritaire (83, 84). 3. Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une batterie auxiliaire d'alimentation (6, 7) connectée à l'une des sorties d'alimentation (4, 5). 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux batteries auxiliaires d'alimentation (6, 7) connectées aux deux sorties d'alimentation respectives (4, 5). 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier groupe comprend deux convertisseurs (2a, 2b) et le deuxième groupe comprend les N-2 autres convertisseurs (2c-2f). 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'équilibrage actif intégrant lesdits convertisseurs (2a-2f), adaptés pour commander un transfert d'énergie électrique depuis au moins un module (10a-10f) vers la sortie d'alimentation associée (4, 5) de manière à équilibrer les niveaux de charge respectifs des différents modules (10a-10f). 7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque convertisseur (2a-2f), associé à un module (10a-10f), est relié à la sortie d'alimentation correspondante (4, 5) par l'intermédiaire d'une diode apte à interrompre la liaison entre ledit module associé (10a-10f) et ladite sortie d'alimentation correspondante (4, 5) en cas de défaillance dudit module (10a-10f). 8. Réseau de bord (8) de véhicule automobile hybride comportant un démarreur (85), au moins un équipement (80-84) et un système d'alimentation selon l'une des revendications précédentes, l'équipement (80-84) étant relié à la première sortie d'alimentation (4) et le démarreur (85) étant relié à la deuxième sortie d'alimentation (5). 9. Réseau de bord selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit équipement relié à la première sortie (4) est un équipement sécuritaire (83, 84). 10. Réseau de bord selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un équipement non sécuritaire (80-82) relié à la deuxième sortie d'alimentation (5).