Brevet FR3039941A1 — publié le 20170210

PROCEDE D'ELEVATION DE LA TENSION FOURNIE PAR LA BATTERIE D'UN VEHICULE AUTOMOBILE [1] L'invention concerne l'alimentation électrique d'un véhicule, notamment un véhicule automobile, et vise en particulier un procédé d'élévation de la tension fournie par la batterie du véhicule, l'élévation étant réalisée, en particulier, en utilisant l'alternateur réversible du véhicule. [2] Dans le but de réduire la consommation en carburant, de plus en plus de véhicules sont équipés de la fonction Stop & Start. Cette fonction consiste essentiellement à couper le moteur thermique lors des phases d'arrêts du véhicule. Actuellement, des développements sont effectués pour permettre l'extension de la fonction Stop & Start en vue de provoquer l'extinction du moteur thermique sur une plage de vitesses étendue. Cette nouvelle fonctionnalité, parfois désignée sous les appellations anglo-saxonnes de « Coasting » ou de « Sailing », consiste à couper le moteur thermique et à démarrer une chaîne de traction à haute vitesse, typiquement au-delà de 20 km/h. [3] Par rapport à un véhicule au fonctionnement conventionnel actuel, cette fonctionnalité induit des contraintes supplémentaires sur le système EPS du véhicule, pour Electrical Power System, signifiant système de puissance électrique. Le système EPS assure la production et le stockage de l'énergie électrique et comprend principalement une batterie et un alternateur. [4] Lorsque le moteur thermique est à l'arrêt, seule la batterie fournit de l'électricité afin d'alimenter toutes les fonctions électriques. La batterie fournit une tension continue de 12V, or certaines fonctions électriques ont besoin d'une tension plus élevée, par exemple de l'ordre de 14V. [005] Pour élever la tension, il est connu d'utiliser un convertisseur continu-continu, également désigné par le sigle DC-DC, élévateur de tension. Un tel convertisseur DC-DC permet ainsi d'alimenter les fonctions électriques avec une tension supérieure à celle fournie par la batterie. Cependant, un tel convertisseur DC-DC constitue un organe spécifique, dédié à cette fonction d'élévateur de tension, ce qui augmente les coûts de fabrication d'un véhicule automobile. De plus, les véhicules automobiles disposent de peu de place, ce qui est contraignant pour l'installation d'un convertisseur DC-DC, ce dernier présentant un encombrement non négligeable. 3039941 2 [6] On connaît en outre par le document FR2973600 un dispositif de régulation de la tension dans un véhicule. Un tel dispositif est monté entre la batterie et l'alternateur et comprend des inductances et des interrupteurs à commutation forcée aptes à commander le transfert d'un courant vers lesdites inductances afin de permettre l'élévation de la 5 tension en sortie du dispositif. Un tel dispositif est également un organe spécifique ce qui présente les inconvénients décrits précédemment. [7] L'invention vise donc à résoudre ces inconvénients en proposant un procédé d'élévation de la tension fournie par la batterie du véhicule grâce à l'alternateur réversible du véhicule, permettant ainsi de s'affranchir de la présence d'un convertisseur DC-DC 10 dédié. [8] Pour parvenir à ce résultat, la présente invention concerne un procédé d'élévation de la tension fournie par une batterie d'un véhicule automobile, le véhicule automobile comprenant un interrupteur de commande de la batterie, un dispositif de commande configuré pour générer un signal périodique de commande comprenant des niveaux haut 15 et des niveaux bas, et un alternateur réversible comportant au moins une première phase reliée à une inductance et une deuxième phase reliée à une inductance, l'alternateur étant associé à un onduleur comportant un bras d'interrupteurs par phase, chaque bras d'interrupteurs comportant un interrupteur supérieur et un interrupteur inférieur reliant chaque phase à ladite batterie, le procédé comprenant : 20 une première étape de fermeture de l'interrupteur de commande, de l'interrupteur supérieur du bras d'interrupteurs de ladite première phase et de l'interrupteur inférieur du bras d'interrupteurs de ladite deuxième phase pour permettre le passage de courant fourni par la batterie dans lesdites première et deuxième phases, lors d'un niveau haut dudit signal de commande, et 25 une deuxième étape d'ouverture de l'interrupteur de commande et de fermeture de l'interrupteur supérieur du bras d'interrupteurs de ladite deuxième phase et de l'interrupteur inférieur du bras d'interrupteurs de ladite première phase pour permettre le passage de courant fourni par lesdites première et deuxième phases dans ledit réseau de bord lors d'un niveau bas dudit signal de commande. 30 [009] Par alternateur réversible, on entend un alternateur apte à fonctionner, d'une part, en mode générateur afin de générer une tension électrique sous l'action mécanique du moteur du véhicule et, d'autre part, en mode moteur afin de générer un mouvement de 3039941 3 démarrage du moteur du véhicule sous l'effet d'une tension électrique fournie par la batterie du véhicule. [0010] Grâce au procédé selon l'invention, la tension fournie par la batterie est élevée afin d'alimenter le réseau de bord du véhicule. L'utilisation des phases de l'alternateur et 5 des interrupteurs de son onduleur associé permettent avantageusement d'utiliser des composants déjà présents dans le véhicule automobile afin de former un convertisseur DC-DC, ce qui réduit les coûts de fabrication. [0011] De préférence, le dispositif de commande est un générateur d'impulsions. [0012] De manière préférée, le signal de commande est un signal périodique en 10 créneaux, définissant les niveaux hauts du signal et les niveaux bas. [0013] De préférence, chaque niveau haut commande la première étape et chaque niveau bas commande la deuxième étape. [0014] De manière préférée, le signal en créneau présente une période de l'ordre de 10-5 secondes. De préférence encore, la durée de chaque niveau haut du signal est de l'ordre 15 de 0,55x10-5 secondes. [0015] De préférence, le véhicule comprenant en outre une capacité de filtrage, câblée en parallèle du réseau de bord. Ladite capacité permet ainsi de lisser la tension délivrée audit réseau de bord. [0016] De manière préférée, un courant fourni par ladite capacité passe dans le réseau 20 de bord lors de la première étape, et un courant fourni par lesdites première et deuxième phases passe dans ladite capacité lors de la deuxième étape. Ainsi, la capacité se charge lors de la deuxième étape afin d'alimenter le réseau de bord lors de la première étape. [0017] Avantageusement, l'alternateur comprenant au moins une troisième phase, le procédé comprend la mise en oeuvre des première et deuxième étapes, en alternance, par 25 paire de phases. [0018] De manière avantageusement, la tension fournie par la batterie étant de l'ordre de 12V, la tension obtenue par le procédé est supérieure à 13,5V, de préférence de l'ordre de 14V. 3039941 4 [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement, et en référence aux dessins qui montrent : - figure 1, un schéma du circuit électrique du véhicule automobile selon l'invention, 5 - figure 2, un signal de commande d'un interrupteur du circuit électrique de la figure 1, - figures 3 et 4, différentes circulations du courant dans le circuit électrique de la figure 1, - figure 5, les tensions à l'entrée et à la sortie du circuit électrique de la figure 1, et 10 - figures 6 et 7, différentes circulations du courant dans une seconde forme de réalisation du circuit électrique selon l'invention. [0020] Dans ce qui va suivre, les modes de réalisation décrits s'attachent plus particulièrement à une mise en oeuvre du procédé d'élévation de tension selon l'invention dans le cadre d'un véhicule automobile. Cependant, toute mise en oeuvre dans un 15 contexte différent, en particulier dans tout type de véhicule, est également visée par la présente invention. [0021] La figure 1 représente le circuit électrique d'un véhicule automobile comprenant une batterie B, un alternateur réversible A apte à recharger la batterie B, et un réseau de bord R alimenté en électricité par la batterie B. Le réseau de bord R comprend les 20 éléments électriques, notamment le système de direction assistée, le système de climatisation, etc, équipant ledit véhicule. [0022] Un tel circuit électrique est compris dans un véhicule automobile, notamment dans un véhicule dit micro-hybride, afin que l'alternateur A recharge la batterie B lorsque le moteur thermique fonctionne, en particulier lorsque le véhicule roule. 25 [0023] La batterie B fournit une tension VE continue de l'ordre de 12V. Une telle batterie B étant connue, elle ne sera pas décrite plus en détail. [0024] Une capacité C, dit de filtrage, est monté en parallèle du réseau de bord R afin d'assurer la stabilisation de la tension d'alimentation dudit réseau de bord R. 3039941 5 [0025] L'alternateur A est un alternateur réversible classique d'un véhicule automobile apte à fournir une tension lorsqu'il est actionné par le moteur thermique, l'alternateur est alors dit en mode générateur, et apte à actionner le moteur thermique lorsqu'une tension lui est appliquée, l'alternateur est alors dit en mode moteur. L'alternateur A illustré à la 5 figure 1 comprend trois phases P1, P2, P3, ici montées en étoile. Chaque phase P1, P2, P3 passe par une inductance. De plus, l'alternateur A comprend un onduleur comportant une pluralité d'interrupteurs reliant les phases P1, P2, P3 à la batterie B: chaque phase P1, P2, P3 est reliée aux bornes de la batterie par deux interrupteurs : un interrupteur supérieur H1, H2, H3 de la phase P1, P2, P3 reliant la phase P1, P2, P3 à la borne 10 supérieure de la batterie B, et un interrupteur inférieur L1, L2, L3 de la phase P1, P2, P3 reliant la phase Pl, P2, P3 à la borne inférieure de la batterie B. [0026] Il a été présenté un alternateur réversible A comprenant trois phases P1, P2, P3, mais il va de soi qu'il pourrait en comprendre un nombre différent, en particulier deux ou plus de trois, chaque phase étant reliée à un interrupteur supérieur et à un interrupteur 15 inférieur. [0027] L'alternateur A est relié à la batterie B par un interrupteur de commande S1 apte à commander le passage d'un courant électrique, fourni par la batterie B, dans l'alternateur A. Un tel interrupteur de commande S1 est commandé par un générateur de signaux de commande (non représenté). Un tel générateur délivre un signal S de type 20 PWM, pour Pulse Width Modulation, signifiant modulation de largeur d'impulsion, comme illustré à la figure 2. Un tel signal S présente un profil en créneau ayant une période T, typiquement de l'ordre de 10-5 seconde, et comprenant deux phases : lors d'une première phase d'une durée Ti de l'ordre de 0,55x10-5 seconde, le signal S présente un niveau haut Nh, également désigné impulsion, commandant la fermeture de l'interrupteur de 25 commande S1 : un courant électrique passe alors de la batterie B à l'alternateur A. Lors d'une deuxième phase, d'une durée T-T, de l'ordre de 0,45x10-5 seconde, le signal S présente un niveau bas Nb commandant l'ouverture de l'interrupteur de commande S1 : un courant électrique passe alors de l'alternateur A au réseau de bord R. [0028] Le réseau de bord R est relié à la batterie B et à l'alternateur A, de sorte qu'il 30 puisse être alimenté par la batterie B ou bien par l'alternateur A lorsque celui-ci fournit une tension (mode générateur). [0029] Dans la suite de la description, il va être présenté une mise en oeuvre du procédé d'élévation de tension selon l'invention. 3039941 6 [0030] Dans certaines situations de vie du véhicule, par exemple en mode Sailing dans lequel le moteur thermique est éteint lorsque le véhicule avance à une vitesse supérieure à 20km/h, le réseau de bord R est alors uniquement alimenté par la batterie B. Dès lors que la tension Vs nécessaire au réseau de bord B est supérieure à la tension VE fournie 5 par la batterie B, il est nécessaire d'élever la tension d'entrée VE du circuit électrique. [0031] Pour ce faire, le générateur de signaux de commande génère un signal S tel qu'illustré à la figure 2. Le signal S en créneau se répète périodiquement et présente une alternance de niveau haut Nh, d'une durée T1, et de niveau bas Nb, d'une durée T-T1. [0032] Lors d'un niveau haut Nh, en référence à la figure 3, le signal S commande la 10 fermeture de l'interrupteur de commande S1. Le courant électrique fourni par la batterie B passe alors dans l'alternateur A. [0033] L'interrupteur supérieur H1 de la première phase P1 et l'interrupteur inférieur L2 de la deuxième phase P2 sont fermés de manière à permettre le transfert d'un courant de la batterie B vers la première phase P1 et la deuxième phase P2, les phases étant 15 montées en série. Lors d'un niveau haut Nh, un courant est également transféré de la capacité de filtrage C vers le réseau de bord R de manière à lisser la tension d'alimentation du réseau de bord R. [0034] Après le niveau haut Nh, en référence à la figure 4, l'interrupteur inférieur L1 de la première phase P1 et l'interrupteur supérieur H2 de la deuxième phase P2 sont fermés 20 lors d'un niveau bas Nb, de manière à permettre le transfert d'un courant des phases P1, P2 vers le réseau de bord R afin de l'alimenter. Lors d'un niveau bas Nb, la capacité C est également chargée grâce au courant issu desdites phases P1, P2. [0035] Le courant transféré depuis les phases P1, P2 permet de générer une tension de sortie Vs du circuit électrique supérieure à la tension d'entrée VE. Une telle tension de 25 sortie Vs permet alors d'alimenter le réseau de bord R. [0036] Le procédé d'élévation de tension permet ainsi d'élever une tension d'entrée VE continue, dont la valeur est de l'ordre de 12V, afin d'obtenir une tension de sortie Vs continue de l'ordre de 14V, comme illustré à la figure 5, afin d'alimenter le réseau de bord R avec une batterie B. Comme illustré à la figure 5, un temps d'élévation est nécessaire 30 afin d'élever la tension de sortie V. 3039941 7 [0037] Il a été présenté une élévation d'une tension de 12V à 14V, cependant, il va de soi que la valeur de la tension d'entrée et de la tension de sortie du circuit électrique pourraient variées selon les caractéristiques électriques de la batterie B, de l'alternateur A et des inductances des phases Pl, P2, P3, et le signal de commande S. 5 [0038] Lorsque l'alternateur A comprend un nombre impair de phases, par exemple au moins une troisième phase P3, les deux phases, parmi P1, P2, P3, qui sont chargées durant un niveau haut Nh du signal S, alternent à chaque niveau haut Nh. Ainsi, durant un premier niveau haut Nh, un courant est transféré depuis la batterie B vers la première phase P1 et la deuxième phase P2, puis, durant un deuxième niveau haut Nh, un courant 10 est transféré depuis la batterie B vers la deuxième phase P2 et la troisième phase P3, puis, durant un troisième niveau haut Nh, un courant est transféré depuis la batterie B vers la troisième phase P3 et la première phase Pl. L'alternance entre les trois phases Pl, P2, P3 est ensuite répétée. [0039] Une telle alternance entre les phases P1, P2, P3 permet de répartir, entre les 15 inductances des trois phases P1, P2, P3, les contraintes thermoélectriques générées lors du transfert de courant vers les phases Pl, P2, P3. [0040] Lorsque l'alternateur A comprend un nombre paire de phases, par exemple six phases comme illustré aux figures 6 et 7, les interrupteurs supérieurs H1, H3, H5 des phases impaires et les interrupteurs inférieurs L2, L4, L6 des phases paires sont fermés 20 durant chaque niveau haut Nh du signal S, puis les interrupteurs supérieurs H2, H4, H6 des phases paires et les interrupteurs inférieurs L1, L3, L5 des phases impairs sont fermés durant chaque niveau bas Nb du signal S. [0041] Une telle utilisation de plusieurs phases en même temps permet aussi de répartir, entre les phases, les contraintes thermoélectriques générées lors du transfert de courant 25 vers les inductances desdites phases. [0042] II a été présenté un procédé d'élévation de la tension à l'aide d'un alternateur A comprenant trois phases P1, P2, P3, mais il va de soi que le procédé pourrait utiliser un alternateur comprenant un nombre différent de phases, en particulier six phases, coopérant avec les interrupteurs de l'onduleur de façon à former, en fonction des 30 commutations desdits interrupteurs, des montages en série de deux phases, afin de répartir entre davantage de phases les contraintes thermoélectriques. 3039941 8 [0043] En résumé, la présente invention vise un procédé d'élévation de la tension permettant d'élever la tension fournie par la batterie du véhicule afin d'alimenter le réseau de bord en utilisant les composants déjà présents dans le véhicule. La tension élevée est une tension continue, ainsi, le procédé rempli bien les fonctions d'un convertisseur 5 continu-continu DC-DC. [0044] II est précisé, en outre, que la présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. REVENDICATIONS1. Procédé d'élévation de la tension (VE) fournie par une batterie (B) d'un véhicule automobile, le véhicule automobile comprenant un interrupteur de commande (S1) de la batterie (B), un dispositif de commande configuré pour générer un signal (S) périodique de commande comprenant des niveaux hauts (Nh) et des niveaux bas (Nb), et un alternateur (A) réversible comportant au moins une première phase (P1, P2, P3) reliée à une inductance et une deuxième phase (P1, P2, P3) reliée à une inductance, l'alternateur (A) étant associé à un onduleur comportant un bras d'interrupteurs par phase (P1, P2, P3), chaque bras d'interrupteurs comportant un interrupteur supérieur (H1, H2, H3) et un interrupteur inférieur (L1, L2, L3) reliant chaque phase (P1, P2, P3) à ladite batterie (B), le procédé comprenant : une première étape de fermeture de l'interrupteur de commande (S1), de l'interrupteur supérieur (H1, H2, H3) du bras d'interrupteurs de ladite première phase (P1, P2, P3) et de l'interrupteur inférieur (L1, L2, L3) du bras d'interrupteurs de ladite deuxième phase (P1, P2, P3) pour permettre le passage de courant fourni par la batterie (B) dans lesdites première et deuxième phases (P1, P2, P3), lors d'un niveau haut (Nh) dudit signal de commande (S), et une deuxième étape d'ouverture de l'interrupteur de commande (S1) et de fermeture de l'interrupteur supérieur (H1, H2, H3) du bras d'interrupteurs de ladite deuxième phase (P1, P2, P3) et de l'interrupteur inférieur (L1, L2, L3) du bras d'interrupteurs de ladite première phase (P1, P2, P3) pour permettre le passage de courant fourni par lesdites première et deuxième phases (P1, P2, P3) dans ledit réseau de bord (R) lors d'un niveau bas (Nb) dudit signal de commande (S). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de commande est un générateur d'impulsions. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel le signal de commande (S) est un signal périodique en créneaux, définissant les niveaux hauts (Nh) du signal (S) et les niveaux bas (Nb). 4. Procédé selon l'une des revendications 2 à 3, dans lequel le signal (S) en créneau présente une période (T) de l'ordre de 10-5 secondes. 3039941 10 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la durée (T1) de chaque niveau haut (Nh) du signal (S) est de l'ordre de 0,55x10-5 secondes. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le véhicule comprend une capacité de filtrage (C), câblée en parallèle du réseau de bord (R). 5 7. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel un courant fourni par ladite capacité (C) passe dans le réseau de bord (R) lors de la première étape, et un courant fourni par lesdites première et deuxième phases (P1, P2, P3) passe dans ladite capacité (C) lors de la deuxième étape. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'alternateur (A) 10 comprenant au moins une troisième phase (P1, P2, P3), le procédé comprenant la mise en oeuvre des première et deuxième étapes, en alternance, par paire de phases (P1, P2, P3). 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la tension (VE) fournie par la batterie (B) étant de l'ordre de 12V, la tension (Vs) obtenue par le 15 procédé est supérieure à 13,5V, de préférence de l'ordre de 14V.