Brevet FR3001678A1 — publié le 20140808

Dispositif d'alimentation électrique d'un réseau de bord de véhicule automobile hybride La présente invention concerne un dispositif d'alimentation électrique d'un réseau de bord de véhicule automobile hybride, en particulier de véhicule automobile semi-hybride. Les véhicules automobiles dits semi-hybrides (« mild-hybrid », selon la terminologie anglo-saxonne) sont classiquement équipés d'un moteur thermique, d'un système d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur, d'une batterie haute tension (qui désigne la batterie de traction) et d'un moteur électrique. La batterie haute tension est rechargée d'une part, par l'alternateur couplé au moteur thermique et, d'autre part, par le moteur électrique, qui peuvent fonctionner chacun comme un générateur lors de phases de décélération ou de freinage récupératif. Le moteur électrique peut assurer également, à la place du démarreur 12V, le redémarrage du moteur thermique du véhicule et assiste le moteur thermique lorsque celui-ci a besoin d'être accompagné pour fournir plus de puissance lors d'une accélération par exemple. Par ailleurs, l'électricité produite et stockée par la motorisation hybride peut être transférée vers le réseau de bord basse tension du véhicule (tension continue 12V à 15V) via un convertisseur continu-continu (DC-DC selon la terminologie anglo-saxonne), pour fournir de l'énergie aux consommateurs électriques présentes sur le réseau de bord du véhicule, comprenant notamment des organes électriques de forte puissance du véhicule. Ainsi, la tendance à l'augmentation de la puissance électrique globale des organes consommateurs du véhicule implique, pour les réseaux de bord électriques actuels basse tension des véhicules, une stratégie de contrôle très fine des différentes sources génératrices d'énergie électrique embarquées sur le véhicule (alternateur, batterie de service basse tension, par exemple de type batterie au plomb, convertisseur DC-DC). En particulier, le démarreur est typiquement un organe électrique perturbateur susceptible de générer, de par la forte puissance qu'il nécessite, des perturbations sur le réseau de bord du véhicule. En effet, lors d'un redémarrage du moteur thermique à l'aide du démarreur, la tension du réseau de bord subit une chute de tension brève, induite par l'appel brutal de courant au niveau du démarreur connecté au réseau. Il en résulte une dégradation temporaire de la prestation de certains organes alimentés par le réseau de bord, assurant une fonction liée au confort telle que, par exemple, la ventilation de l'habitacle. Outre cette dégradation ressentie par l'utilisateur de certaines prestations de confort, il peut arriver, dans certains cas, en particulier si la tension du réseau de bord chute en deçà d'une certaine valeur, par exemple 10V, que l'alimentation de certains calculateurs agissant sur des prestations de sécurité du véhicule (tels que les calculateurs ABS, direction assistée,...) soit perturbée. Or, ce type de perturbation peut être tolérée véhicule arrêtée mais ne peut l'être en phase de roulage. En dernier lieu, en cas de défaillance du convertisseur DC-DC et/ou de la batterie de service basse tension, la perte de la tension d'alimentation du réseau de bord du véhicule peut être fortement dégradée et peut conduire à un incident impactant la sécurité du véhicule susceptible d'entraîner une panne immobilisant le véhicule (perte des fonctions vitales du véhicule comme l'éclairage, l'essuyage, etc.). Cela induit dans ce cas un non respect des réglementations en vigueur concernant l'alimentation des feux de détresse en cas de panne. Aussi, dans ce contexte, les réseaux de bord actuels avec une tension nominale de réseau de bord de 14V, ne permettent plus de couvrir convenablement la puissance nécessaire. On connaît du document de brevet FR 2 896 744, un dispositif d'alimentation électrique pour un organe automobile de forte puissance, par exemple de type démarreur, permettant de prendre en compte la dégradation de la tension de réseau de bord lors de l'activation d'un tel organe de forte puissance. Ce document décrit un système de commutation, présentant un premier état où les organes électriques du réseau de bord sont alimentés par l'alimentation principale du réseau de bord, par exemple une batterie au plomb traditionnelle, et un second état où ils sont alimentés temporairement par l'alimentation principale et par un élément de stockage d'énergie secondaire positionné en série, par exemple un supercondensateur, permettant de fournir une suralimentation temporaire en puissance à l'organe de forte puissance, permettant de maintenir la tension de réseau de bord. Cette solution présente l'inconvénient d'ajouter des composants de commutation au système. Par ailleurs, elle est relativement complexe à mettre en oeuvre en ce qu'elle implique de définir une loi de commande très fine du système de commutation, qui doit intervenir avec une grande précision temporelle, en fonction de certaines phases de fonctionnement de l'organe de puissance, pour pouvoir conserver une valeur de tension acceptable sur le réseau de bord. Il existe en effet des risques de surtensions destructives en cas de défaillance du système de commutation, car les sources ajoutées temporairement sont en série avec la source principale. Dans ce contexte, un but de l'invention est de proposer un dispositif d'alimentation électrique d'un réseau de bord de véhicule automobile semihybride exempt de l'un au moins des inconvénients précédemment évoqués et, en particulier, qui permette d'alimenter un organe de forte puissance du réseau de type démarreur, tout en garantissant un maintien optimal du niveau de tension nominale du réseau de bord lors de l'activation de cet organe. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif d'alimentation électrique d'un réseau de bord de véhicule automobile semi-hybride, qui permette de satisfaire aux contraintes réglementaires en vigueur, en particulier qui permette d'assurer une alimentation en énergie même en cas de panne sur le convertisseur en mode roulage, sans pour autant devoir faire appel à des sources génératrices d'énergie supplémentaires ou en supprimant des sources d'énergie traditionnelles, comme la batterie au plomb. A cette fin, l'invention concerne un dispositif d'alimentation électrique d'un réseau de bord de véhicule automobile hybride comprenant un convertisseur DC-DC, l'entrée dudit convertisseur étant alimentée par une batterie de traction dudit véhicule comportant une pluralité d'éléments de stockage d'énergie électrique connectés en série, la sortie dudit convertisseur alimentant une branche d'alimentation dudit réseau de bord, à laquelle est connecté un organe électrique de démarrage d'un moteur thermique dudit véhicule, ladite branche d'alimentation étant également alimentée par un supercondensateur, ledit supercondensateur est apte à être utilisé comme source d'énergie électrique pour activer ledit organe électrique de démarrage. Le dispositif selon l'invention est plus particulièrement caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de liaison électrique de ladite branche d'alimentation à un point de prélèvement de potentiel situé entre deux desdits éléments connectés en série, de manière à porter ladite branche d'alimentation à un potentiel de tension correspondant sensiblement à la tension nominale dudit réseau de bord. Selon d'autres caractéristiques avantageuses du dispositif conforme à l'invention, prises isolément ou en combinaison : - lesdits moyens de liaison électrique appliquent en permanence à ladite branche d'alimentation ledit potentiel de tension pris sur ladite batterie de traction à partir dudit point de prélèvement de potentiel, pour alimenter ledit 10 réseau de bord en mode de roulage du véhicule ; - ledit point de prélèvement de potentiel sur ladite batterie de traction couplé à ladite branche d'alimentation constitue une alimentation de secours pour alimenter ledit réseau de bord en cas de défaillance dudit convertisseur DC-DC; 15 - ladite batterie de traction est apte à fournir une tension de sortie allant au plus jusqu'à 60V en continu. - ladite batterie de traction est constituée d'une pluralité d'éléments de stockage d'énergie électrique de nature et/ou de capacité différentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront 20 clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la Figure 1 est un schéma illustrant un dispositif d'alimentation électrique d'un réseau de bord de véhicule automobile semi-hybride conforme à la présente invention. 25 En référence à la figure 1, on a représenté un réseau de bord d'un véhicule automobile semi-hybride conforme à la présente invention, présentant un moteur électrique 1 alimenté à travers une branche d'alimentation 13 de 42V par une batterie haute tension 2, qui désigne la batterie de traction avec des niveaux de tension pouvant aller de 14V jusqu'à 60V en continu. La 30 batterie haute tension 2 est par exemple de type batterie lithium-ion, comportant une pluralité d'éléments 3 de stockage d'énergie électrique rechargeables, couramment appelés cellules, incluant chacun un système électrochimique rechargeable destiné à fournir une tension nominale. Ces éléments 3 de stockage d'énergie électrique rechargeables sont agencés en série pour fournir la branche 13 d'alimentation du moteur 1 avec une tension de traction prédéterminée, par exemple 42V. La batterie haute tension 2 transfère de l'énergie à un convertisseur DC- DC 4 connecté en sortie de ladite batterie haute tension 1. Une branche d'alimentation 5 ayant un niveau de tension égal à 14V est couplée au convertisseur DC-DC 4 (qui peut ainsi fournir du courant au réseau de bord) et peut être alimentée par une source génératrice d'énergie électrique 6 de type alternateur. Par ailleurs, un certain nombre d'organes électriques sont reliés à la branche d'alimentation 5 du réseau de bord, parmi lesquels au moins un organe électrique de forte puissance 9, par exemple un organe électrique de démarrage du moteur thermique du véhicule, qui est un organe perturbateur générant des perturbations sur le réseau de bord, comme indiqué précédemment. Afin de pallier ces perturbations sur le réseau de bord, la branche d'alimentation 5 à la tension nominale 14V du réseau de bord, est assistée par un supercondensateur 10, dont le rôle est d'assurer un maintien de la tension nominale du réseau de bord en redémarrage. En particulier, les pointes d'appel de puissance sur le réseau de bord venant de l'organe électrique de démarrage 9 lors de l'activation de celui-ci sont absorbées par le supercondensateur 10, qui est apte à procurer la puissance instantanée requise et permet de limiter la chute de tension vue par les organes électriques du réseau de bord. Aussi, dans un premier mode d'alimentation du réseau de bord, hors mode de redémarrage du moteur thermique du véhicule, le convertisseur DC-DC est prévu pour alimenter le réseau de bord 14V en temps réel, tandis qu'en cas de défaillance du convertisseur en mode roulage, le réseau 14V est classiquement alimenté par l'alternateur 6. L'apport de l'invention se situe principalement au niveau des moyens d'alimentation de l'organe électrique de démarrage 9 lors de l'activation de celui-ci (symbolisée par la fermeture de l'interrupteur I représenté sur la figure 1) au cours d'une phase de redémarrage du moteur thermique à l'aide de cet organe. Ainsi, conformément à l'invention, pour la mise à disposition de l'énergie de démarrage destinée à l'organe électrique de démarrage 9 du moteur thermique du véhicule, on prévoit d'utiliser le supercondensateur 10 comme source d'énergie électrique, de manière que le courant de puissance appelé par l'organe électrique de démarrage 9 puisse être envoyé par le supercondensateur 10 dans la branche d'alimentation 5 afin de démarrer le moteur thermique du véhicule. En outre, le rôle du supercondensateur 10, utilisé comme source d'énergie électrique pour envoyer le courant de puissance sur le réseau de bord 14V permettant le redémarrage du moteur thermique, est complété, selon l'invention, par la mise à la disposition du réseau de bord, d'une nouvelle source de courant sous 14V, en parallèle du supercondensateur 10 et apte à venir soutenir ce dernier lors de l'activation de l'organe électrique de démarrage 9, de façon à maintenir au plus haut le seuil de tension de réseau de bord sur la branche d'alimentation 5. La réalisation de cette nouvelle source de courant consiste à sortir un potentiel de tension correspondant sensiblement à la tension nominale du réseau de bord, soit 14V selon l'exemple, directement depuis la batterie haute tension 2. Ainsi, et de façon particulièrement avantageuse, cette nouvelle source de courant sous 14V ne requiert nullement de prévoir une quelconque source génératrice d'énergie électrique sous 14V dédiée supplémentaire. Pour ce faire, le dispositif de l'invention comprend des moyens de liaison électrique 11 de la branche d'alimentation 5 à un point 12 de prélèvement de potentiel, situé au sein de l'agencement en série des éléments 3 de stockage d'énergie électrique rechargeables de la batterie haute tension 2, de manière à porter la branche d'alimentation 5, via ce couplage au point 12 de prélèvement de potentiel, à un potentiel de tension de sensiblement 14V, en particulier lors de l'activation de l'organe électrique de démarrage 9. Le point 12 de prélèvement de potentiel permet donc de dissocier « mécaniquement » une partie des éléments 3 de la batterie haute tension 2 parmi la pluralité d'éléments 3 agencés en série, apte à fournir un potentiel de tension de sensiblement 14V. Cette nouvelle source de courant sous 14V, constituée par la portion de la batterie haute tension 2 ainsi dissociée, dite portion 14V de la batterie haute tension, est en outre toujours accessible, puisqu'elle résulte d'une prise de potentiel directement sur la batterie haute tension 2. Ainsi, dans un second mode d'alimentation du réseau de bord, en particulier mis en oeuvre pour démarrer le moteur thermique du véhicule, la mise à disposition de l'énergie est assurée par le supercondensateur 10 constituant un élément de stockage d'énergie électrique, soutenue par la portion 14V de la batterie haute tension 2. Cela permet avantageusement de diminuer le dimensionnement à prévoir pour le supercondensateur utilisé. Cette portion 14V de la batterie haute tension 2, faisant office de nouvelle source de courant sous 14V, permet également de pouvoir se passer de la batterie de service 14V du véhicule. Elle permet en outre de pouvoir se passer éventuellement de l'alternateur 6 en assurant néanmoins une alimentation en énergie électrique sous 14V au réseau de bord en mode roulage du véhicule, y compris en cas de défaillance du convertisseur DC-DC. Pour ce faire, on prévoit que les moyens de liaison électrique 11 appliquent en permanence à la branche d'alimentation 5, le potentiel de tension pris sur la batterie haute tension 2 à partir du point 12 de prélèvement de potentiel, afin d'alimenter sous 14V le réseau de bord en mode de roulage du véhicule. Ainsi, en cas de défaillance du convertisseur DC-DC 4, la portion 14V de la batterie haute tension 2, définie par le point 12 de prélèvement de potentiel sur la batterie haute tension 2, constitue avantageusement une alimentation de secours pour alimenter le réseau de bord. Cette nouvelle source de courant constituée par la portion 14V de la batterie haute tension 2, permet également de suppléer les autres sources 14V du réseau de bord pour alimenter celui-ci en cas de besoin, tel que le convertisseur DC-DC, de façon à maintenir au plus haut les seuils de tension sur le réseau de bord 14V. Le couplage de ces sources de courant permet notamment de garantir les prestations sécuritaires électriques du véhicule (calculateurs, organes électriques ou électro-hydrauliques tels que l'ABS, l'ESP...). L'emplacement du point 12 de prélèvement de potentiel au sein de l'agencement série des éléments 3 de la batterie haute tension 2, et donc le nombre d'éléments en série qui vont ainsi être dissociés de l'ensemble des éléments de la batterie 2 pour former la nouvelle source de courant sous 14V, va dépendre de la tension nominale des éléments 3 de stockage d'énergie (ou cellules) utilisés pour constituer la batterie haute tension 2. En particulier, on tiendra compte de l'évolution de la tension nominale des éléments en fonction de la plage d'état de charge des éléments qui est exploitée par l'organe superviseur de la batterie. Le type de technologie chimique employé à l'anode du système électrochimique constituant les éléments 3 induit également une différenciation des tensions nominales des éléments. A noter que le dispositif d'alimentation du réseau de bord conforme à la présente invention peut être mis en oeuvre en utilisant une batterie de traction constituée d'éléments de stockage d'énergie électrique de différentes natures et/ou de différentes capacités. Dit autrement, le potentiel intermédiaire issu du point de prélèvement 12 sur la batterie haute traction pour alimenter le réseau de bord du véhicule, ainsi que le potentiel haute tension requis pour alimenter la machine électrique ou le convertisseur DC-DC, peuvent aussi être obtenus à partir de sources d'énergie différentes en série constituant la batterie de traction. Il peut par exemple s'agir de supercapacités, de batteries ou de tout autre organe apte à stocker et restituer de l'énergie électrique. Il convient en dernier lieu de noter que l'architecture d'alimentation de réseau de bord proposée par la présente invention ne peut être mis en oeuvre que dans le cadre de batteries haute tension présentant des niveaux de tension allant jusqu'à 60V en continu. En effet, pour des tensions de batterie supérieures à 60V, la réglementation impose une isolation galvanique entre les masses des deux réseaux de tension continue distincts, ce qui ne permet plus d'exploiter un potentiel de tension au sein de la batterie haute tension, en l'absence de bouclage possible du courant. Autrement dit, il est nécessaire que la batterie haute tension (inférieure ou égale à 60V) soit reliée à la masse du système sans isolation galvanique.30 REVENDICATIONS1. Dispositif d'alimentation électrique d'un réseau de bord de véhicule automobile hybride comprenant un convertisseur DC-DC (4), l'entrée dudit convertisseur étant alimentée par une batterie de traction (2) dudit véhicule comportant une pluralité d'éléments (3) de stockage d'énergie électrique connectés en série, la sortie dudit convertisseur alimentant une branche d'alimentation (5) dudit réseau de bord, à laquelle est connecté un organe électrique de démarrage (9) d'un moteur thermique dudit véhicule, ladite branche d'alimentation (5) étant également alimentée par un supercondensateur (10), ledit supercondensateur (10) est apte à être utilisé comme source d'énergie électrique pour activer ledit organe électrique de démarrage (9), ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de liaison électrique (11) de ladite branche d'alimentation (5) à un point (12) de prélèvement de potentiel situé entre deux desdits éléments (3) connectés en série, de manière à porter ladite branche d'alimentation (5) à un potentiel de tension correspondant sensiblement à la tension nominale dudit réseau de bord. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison électrique (11) appliquent en permanence à ladite branche d'alimentation (5) ledit potentiel de tension pris sur ladite batterie de traction (2) à partir dudit point (12) de prélèvement de potentiel, pour alimenter ledit réseau de bord en mode de roulage du véhicule. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit point (12) de prélèvement de potentiel sur ladite batterie de traction (2) couplé à ladite branche d'alimentation (5) constitue une alimentation de secours pour alimenter ledit réseau de bord en cas de défaillance dudit convertisseur DC-DC (4). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite batterie de traction (2) est une batterie apte à fournir une tension de sortie allant au plus jusqu'à 60V en continu. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite batterie de traction (2) est constituée d'une pluralité d'éléments de stockage d'énergie électrique de nature et/ou de capacité différentes.5