Brevet FR3029025A1 — publié le 20160527

TITRE : Pack batterie pour un véhicule automobile La présente invention concerne un dispositif d'alimentation d'un réseau de bord d'un véhicule automobile électrique ou hybride. Un véhicule électrique est équipé, comme pour un véhicule à motorisation thermique ou hybride, d'une batterie secondaire de faible tension, par exemple 14V, destinée au démarrage du véhicule et à des fonctions de sécurité telles que les feux de détresse ou de confort telles que l'éclairage intérieur ou le multimédia. Généralement, il s'agit d'une batterie au plomb. La charge de cette batterie secondaire s'effectue par l'intermédiaire d'un convertisseur DC/DC qui transfère l'énergie de la batterie principale Li-ion haute tension destinée à la traction. Afin d'assurer sa fonction et d'éviter sa dégradation, notamment par sulfatation, l'état de charge doit toujours être maintenu au-dessus de 70% de la charge maximale. De ce fait, une batterie au plomb ne dispose que d'une portion limitée de sa puissance totale réellement utilisable. Prenons l'exemple d'une batterie au plomb standard de 500 Wh (taille « L1 »). Une énergie de seulement 150 Wh (30% de 500 Wh) peut être réellement utilisée. La masse totale d'une telle batterie est d'environ 13 kg. Sur cette masse totale, une masse de 9 kg qui contient la portion de 70% d'énergie inutilisée doit néanmoins être déplacée par le véhicule dans le seul but de préserver la durée de vie de la batterie et de garantir la production d'une puissance optimale. En outre, une telle batterie se présente généralement sous la forme d'un boîtier parallélépipédique volumineux et difficile à installer. Il est également difficile de déterminer facilement, à un instant donné, l'état de santé et l'état de charge de ce type de batterie. Enfin, une batterie au plomb doit en moyenne être remplacée après quelques années d'utilisation pour éviter toute défaillance. La présente invention vient améliorer la situation. A cet effet, l'invention concerne un pack batterie pour un véhicule automobile équipé d'un moteur de traction électrique et d'un réseau de bord électrique, comportant un ensemble de cellules, caractérisé en ce que ledit 3029025 2 ensemble de cellules comprend un premier groupe de cellules destiné à alimenter le moteur électrique et un deuxième groupe d'au moins une cellule, adapté pour alimenter le réseau de bord du véhicule 5 Grâce à l'invention, la batterie au plomb peut être supprimée. L'alimentation du réseau de bord est assurée par une ou plusieurs des cellules dédiées, prélevées du pack batterie de cellules ou accumulateurs destiné à alimenter le moteur électrique de traction. 10 Avantageusement, le deuxième groupe est adapté pour alimenter directement le réseau de bord du véhicule. Le deuxième groupe de cellules, dédiées au réseau de bord, dispose avantageusement d'une borne de connexion pour l'alimentation du réseau de 15 bord. Avantageusement encore, les deux groupes sont isolés électriquement l'un de l'autre en mode d'alimentation batterie. 20 Dans une première forme de réalisation, le deuxième groupe d'au moins une cellule est relié au premier groupe de cellules par l'intermédiaire d'un convertisseur de tension sécuritaire, le deuxième groupe d'au moins une cellule étant destiné à être rechargé par le premier groupe de cellules par l'intermédiaire du convertisseur. 25 Avantageusement, le pack batterie est adapté pour commander une recharge interne du deuxième groupe par le premier groupe par l'intermédiaire du convertisseur lors d'une phase de stationnement ou lors d'une phase de roulage atypique lors de laquelle l'au moins une cellule du deuxième groupe se 30 décharge plus rapidement que les cellules du premier groupe. 3029025 3 Dans une forme de réalisation particulière, le pack batterie comprend un premier relais à deux états, ouvert et fermé, interposé entre les deux groupes de cellules, et un système de commande destiné à fermer le premier relais pour connecter en série les deux groupes de cellules et recharger simultanément les 5 deux groupes de cellules. Avantageusement encore, le pack batterie comprend un deuxième relais à deux états, ouvert et fermé, par l'intermédiaire duquel, à l'état fermé, une borne du premier groupe de cellules est destinée à être reliée directement à la masse ; 10 et le système de commande est destiné à ouvrir le premier relais et à fermer le deuxième relais, après une recharge simultanée des deux groupes de cellules, une fois que les cellules du premier groupe ont atteint un seuil de charge prédéfini, de manière à poursuivre la recharge seulement de la ou des cellules du premier groupe. 15 L'invention concerne également un équipement pour véhicule automobile ou hybride comportant le pack batterie tel que précédemment défini, caractérisé en ce qu'il comprend un chargeur double sortie, ayant une sortie reliée au premier groupe de cellules et une autre sortie reliée au deuxième groupe d'au zo moins une cellule. Avantageusement, les puissances des deux sorties du chargeur double sortie sont dimensionnées pour que les temps de charge des deux groupes soient sensiblement égaux à 5% près. 25 Avantageusement encore, l'équipement comprend en outre un chargeur relié à une borne de recharge du premier groupe de cellules et à la masse, le deuxième groupe d'au moins une cellule ayant une borne reliée à la masse 30 L'invention concerne encore un véhicule automobile électrique ou hybride, disposant d'un moteur électrique et d'un réseau de bord, caractérisé en ce qu'il 3029025 4 comporte un pack batterie tel que précédemment défini, ou un équipement tel que défini ci-dessus. 5 Avantageusement, le véhicule comprend un convertisseur de tension interposé entre le pack batterie et le réseau de bord du véhicule. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de plusieurs formes de réalisation de la batterie de l'invention, en référence aux 10 dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 représente un schéma de l'architecture de la batterie selon une première forme de réalisation de l'invention ; - La figure 2 représente un schéma de l'architecture de la batterie selon une deuxième forme de réalisation de l'invention ; 15 - La figure 3 représente un schéma d'une variante de réalisation de la figure 2; - La figure 4 représente un schéma d'une autre variante de réalisation de la figure 2 ; - La figure 5 représente les profils de décharge d'une batterie de traction 20 et d'une batterie de réseau de bord, telles que réalisées selon l'invention, pendant une phase de roulage ; - La figure 6 représente les profils de recharge d'une batterie de traction et d'une batterie de réseau de bord, telles que réalisées selon l'invention ; 25 - La figure 7 représente un profil de décharge nominal (le plus fréquent) d'une batterie de traction et d'une batterie de réseau de bord, telles que réalisées selon l'invention ; - La figure 8 représente un profil de décharge exceptionnel d'une batterie de traction et d'une batterie de réseau de bord, telles que 30 réalisées selon l'invention, avec contribution d'un convertisseur de tension et/ou d'un délestage du réseau de bord. 3029025 5 D'emblée, on notera que sur les différentes figures, les éléments identiques ou correspondants portent les mêmes références, sauf indication spécifique contraire. 5 L'invention concerne un pack batterie, ou bloc batterie, de l'anglais « battery pack », pour un véhicule automobile ou hybride disposant d'un moteur électrique de traction et d'un réseau de bord auquel sont reliés divers équipements tels que des calculateurs, des équipements multimédia, divers actionneurs électriques (essuyage, lève-vitres, etc...), des sources d'éclairage, 10 un autoradio, etc.. Le moteur électrique de traction nécessite une première alimentation, haute tension, tandis que le réseau de bord nécessite une deuxième alimentation distincte de la première, généralement basse ou moyenne tension. Dans l'exemple particulier décrit ici, la première alimentation délivre une tension de 400 V et la deuxième une alimentation de 12 V. 15 Le pack batterie est destiné à assurer l'alimentation électrique du moteur électrique de traction ainsi que celle du réseau de bord du véhicule. Il comprend un ensemble E d'un nombre N (avec N>1) de cellules C1, C2, ..., CN, ou 20 accumulateurs, par exemple des cellules lithium-ion (Li-ion). Les cellules forment un bloc. Elles sont logées dans un même boîtier. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, la tension aux bornes de chaque cellule est comprise entre 2,5V et 4V lorsque la cellule est chargée à 100%. 25 Selon l'invention, l'ensemble de cellules E du pack batterie est divisé en deux groupes : - un premier groupe G1 contenant une pluralité N1 de cellules ; - un deuxième groupe G2 contenant un nombre N2 de cellule(s), avec 1 REVENDICATIONS1. Pack batterie pour un véhicule automobile équipé d'un moteur de traction électrique et d'un réseau de bord électrique (R2), comportant un ensemble de cellules (Cl à CN), caractérisé en ce que ledit ensemble de cellules comprend un premier groupe de cellules (G1) destiné à alimenter le moteur électrique et un deuxième groupe (G2) d'au moins une cellule distincte de celles du premier groupe (G1), destiné à alimenter le réseau de bord du véhicule. 10 2. Pack batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième groupe (G2) est adapté pour alimenter directement le réseau de bord du véhicule. 15 3. Pack batterie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux groupes (G1, G2) sont isolés électriquement l'un de l'autre en mode d'alimentation batterie. 4. Pack batterie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 20 en ce que le deuxième groupe (G2) d'au moins une cellule est relié au premier groupe de cellules (G1) par l'intermédiaire d'un convertisseur de tension sécuritaire (13), le deuxième groupe d'au moins une cellule étant destiné à être rechargé par le premier groupe de cellules par l'intermédiaire du convertisseur. 25 5. Pack batterie selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est adapté pour commander une recharge interne du deuxième groupe (G2) par le premier groupe (G1) par l'intermédiaire du convertisseur (13) lors d'une phase de stationnement ou lors d'une phase de roulage 30 atypique lors de laquelle l'au moins une cellule du deuxième groupe (G2) se décharge plus rapidement que les cellules du premier groupe (G1). 3029025 17 6. Pack batterie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un premier relais (5) à deux états, ouvert et fermé, interposé entre les deux groupes de cellules (G1, G2), et un système de commande destiné à fermer le premier relais pour connecter en série les, deux groupes de cellules et recharger simultanément les deux groupes de cellules (G1, G2). 7. Pack batterie selon la revendication précédente, caractérisé en ce que - il comprend un deuxième relais (6) à deux états, ouvert et 10 fermé, par l'intermédiaire duquel, à l'état fermé, une borne (1B) du premier groupe de cellules (G1) est destinée à être reliée directement à la masse ; - le système de commande est destiné à ouvrir le premier relais (5) et à fermer le deuxième relais (6), après une recharge 15 simultanée des deux groupes de cellules, une fois que les cellules du premier groupe (G1) ont atteint un seuil de charge prédéfini, de manière à poursuivre la recharge seulement de la ou des cellules du premier groupe (G1). 20 8. Equipement pour véhicule automobile ou hybride comportant le pack batterie selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un chargeur double sortie (10), ayant une sortie (11A, 11B) reliée au premier groupe de cellules (G1) et une autre sortie (12A, 12B) reliée au deuxième groupe d'au moins une cellule (G2). 25 9. Equipement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les puissances des deux sorties du chargeur double sortie (10) sont dimensionnées pour que les temps de charge des deux groupes soient sensiblement égaux à 5% près. 30 10. Equipement pour véhicule automobile ou hybride comportant le pack batterie selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il 3029025 18 comprend en outre un chargeur (7) relié à une borne de recharge (1A) du premier groupe de cellules (G1) et à la masse, le deuxièrne groupe d'au moins une cellule (G2) ayant une borne reliée à la masse. 11.Véhicule automobile électrique ou hybride, disposant d'un moteur électrique et d'un réseau de bord, caractérisé en ce qu'il comporte un pack batterie selon l'une des revendications 1 à 7, ou un équipement selon l'une des revendications 8 à 10. Zo 12.Véhicule selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur de tension (16) interposé entre le pack batterie et le réseau de bord (R2) du véhicule.