Brevet FR3053291A1 — publié le 20180105

SYSTEME DE RECHARGE DE BATTERIES DE TRACTION EMBARQUE DANS UN VEHICULE, COMPORTANT UNE TURBINE La présente invention concerne un système de recharge de batteries 5 prévu pour être embarqué dans un véhicule automobile hybride ou électrique, ainsi qu'un véhicule hybride ou électrique équipé d'un tel système de recharge. Certains types de véhicules électriques ou hybrides utilisant l'énergie électrique, comportent un chargeur de batteries embarqués à bord du 10 véhicule, qui à l'arrêt peut être relié à un réseau extérieur de fourniture d'énergie électrique afin de réaliser une recharge de ces batteries. Pour les véhicules hybrides on obtient une partie de l'énergie de roulage par cette recharge électrique, qui est une énergie peu chère, limitant l'utilisation du moteur thermique afin de réduire la consommation de 15 carburant et les émissions de gaz polluants. Généralement on recharge les batteries la nuit pour permettre un roulage de jour. Le chargeur embarqué comporte un convertisseur électrique et un système de pilotage réalisant la conversion de la tension et la régulation du courant de charge, pour s'adapter aux caractéristiques des batteries du 20 véhicule en assurant la sécurité et la préservation de la durée de vie des batteries. On branche ainsi le chargeur embarqué sur un réseau de distribution électrique habituel, qui peut présenter en particulier une tension de 220V. Cependant la rapidité de recharge des batteries est directement liée à la 25 puissance que peut délivrer le chargeur embarqué. Afin d'obtenir des temps de recharge courts il faut prévoir un chargeur de forte puissance, ce qui pose des problèmes de masse et de volume élevés pour les intégrer dans le véhicule, ainsi que de coût important. Un autre système de recharge embarqué dans un véhicule automobile, 30 présenté notamment par le document WO-A2-201393151, comporte un réservoir d'air comprimé alimentant une turbine reliée à un générateur 3053291 2 électrique, qui recharge des batteries par un système de régulation du courant. Toutefois ce système de recharge nécessite l'installation dans le véhicule d'un réservoir d'air, qui doit présenter un volume très important pour obtenir une quantité d'énergie permettant une recharge significative des batteries. La présente invention a notamment pour but de résoudre ces problèmes de l'art antérieur. Elle propose à cet effet un système de recharge de batteries de traction, prévu pour être embarqué dans un véhicule automobile hybride ou électrique, ce véhicule comportant au moins une machine électrique pouvant travailler en moteur avec l'énergie des batteries de traction, ou en génératrice en rechargeant ces batteries, ce système étant remarquable en ce qu'il comporte une turbine fonctionnant avec un fluide sous pression, prévue pour être reliée à une alimentation extérieure de ce fluide, et un dispositif d'accouplement de la turbine avec la machine électrique. Un avantage de ce système de recharge de batteries est que sur un véhicule hybride ou électrique, en ajoutant une turbine alimentée par un fluide sous pression, en la couplant à la machine électrique disposant déjà du convertisseur et du système de régulation lui permettant avec un fonctionnement en génératrice la recharge des batteries, et en recevant le fluide sous pression d'une alimentation extérieure, on réalise un système de recharge embarqué qui peut présenter une puissance élevée avec un nombre de composants limité. On utilise en particulier les principaux composants électriques comme le convertisseur et le système de pilotage du courant déjà présents dans le véhicule pour la machine électrique. Le système de recharge comporte alors une masse, un encombrement et un coût réduit. Le système de recharge de batteries de traction selon l'invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. 3053291 3 Avantageusement, le dispositif d'accouplement permet un désaccouplement entre la turbine et la machine électrique. En particulier, le dispositif d'accouplement peut comporter un crabot ou un embrayage. 5 En particulier, le dispositif d'accouplement peut être disposé dans l'alignement de l'arbre de la machine électrique. Selon un mode de réalisation, la turbine est prévue pour entraîner une machine électrique reliée à un moteur thermique du véhicule qui est hybride. Dans ce cas, avantageusement le dispositif d'accouplement comporte 10 une poulie prévue pour relier la machine électrique à un moteur thermique, qui est débrayable. Selon un autre mode de réalisation, la turbine est prévue pour entraîner une machine électrique reliée aux roues arrière du véhicule. Avantageusement, le système de recharge comporte un raccord rapide 15 prévu pour se raccorder sur une liaison vers l'alimentation extérieure. L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile hybride ou électrique comportant au moins une machine électrique reliée à des batteries de traction, comportant un système de recharge de ces batteries comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. 20 En particulier, la machine électrique entraînant les roues arrière du véhicule, le véhicule comporte avantageusement un moyen de débrayage entre cette machine électrique et les roues arrière. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après 25 donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma présentant en vue de dessus un véhicule hybride comportant un système de recharge selon l'art antérieur ; - la figure 2 est un schéma d'un système de recharge selon l'invention, comportant une turbine entraînant une machine électrique du véhicule ; et 30 - la figure 3 est une vue d'ensemble d'un véhicule hybride comportant ce système de recharge, relié à une station de recharge d'air comprimé. 3053291 4 La figure 1 présente un véhicule hybride comportant un moteur thermique 2 entraînant par une transmission 4 et par des arbres de roue les roues avant motrices 6. Un réservoir de carburant 22 alimente le moteur thermique 2. 5 Le moteur thermique 2 est relié en permanence, par une courroie par exemple, à une machine électrique avant 8 qui alimente des batteries de traction 10 du véhicule. En particulier la première machine électrique 8 peut être un alternateur démarreur qui dans un fonctionnement en moteur prélevant de l'énergie dans les batteries 10, démarre le moteur thermique 2 10 ou lui ajoute un couple moteur, et dans un fonctionnement en génératrice recharge ces batteries. Les batteries 10 alimentent une machine électrique arrière 14, reliée par des arbres de roue aux roues arrière 16. Un calculateur de contrôle des motorisations 18 contrôle les systèmes 15 de pilotage et de régulation de chaque machine électrique 8, 14, afin de répondre en permanence aux demandes du conducteur dans les meilleures conditions d'économies d'énergie. En particulier on peut réaliser un roulage uniquement avec le moteur thermique 2, un roulage du type hybride avec le moteur thermique et au 20 moins une machine électrique 8, 14, un roulage avec quatre roues motrices, un roulage sans émission de gaz polluant avec uniquement la machine électrique arrière 14, ou une recharge des batteries 10 avec l'énergie cinétique du véhicule, en utilisant au moins une machine électrique comme génératrice. 25 Un système de recharge des batteries 20 comporte un moyen de connexion permettant de relier le véhicule à une prise de recharge alimentée par un réseau extérieur, ainsi qu'un convertisseur de courant et un système de pilotage et de régulation pour délivrer un courant adapté à ces batteries. La recharge des batteries 10 par le réseau extérieur permet d'embarquer une 30 partie de l'énergie de roulage du véhicule, et de réduire la consommation de carburant. 3053291 5 La puissance de ce système de recharge 20 conditionne la vitesse de recharge des batteries 10. En particulier une recharge assez rapide nécessite une puissance importante, et un système de recharge 20 présentant une masse, un volume et un coût élevé. 5 Les figures 2 et 3 présentent une turbine 30 reliée par un dispositif de raccord rapide 32 à une liaison 34 comportant un tube recevant de l'air comprimé d'une source extérieure 50 à une pression élevée, pour rejeter cet air à une basse pression 36. En particulier on peut utiliser pour la source extérieure 50 un réseau de distribution pneumatique, ou un compresseur 10 couramment utilisé dans les ateliers. La turbine 30 entraîne par un arbre 38 un dispositif d'accouplement 40 qui peut se désaccoupler, relié à une machine électrique 8, 14 du véhicule hybride. La machine électrique 8, 14 travaillant en génératrice, délivre du courant 42 à son système de régulation de courant pour alimenter les 15 batteries 10. Avantageusement, le dispositif d'accouplement 40 est disposé directement dans l'alignement de la machine électrique 8, 14, ce qui donne une liaison plus simple. En particulier le dispositif d'accouplement 40 peut comporter un système à crabot ou un embrayage de couplage, commandé 20 manuellement ou automatiquement. Lors du fonctionnement du véhicule, le dispositif d'accouplement 40 est débrayé de manière à permettre un entraînement de la machine électrique 8, 14 travaillant comme habituellement en moteur ou en génératrice, sans faire tourner la turbine 30. De cette manière on n'a pas de perte d'énergie dans la 25 turbine 30. Selon un mode de réalisation, la turbine 30 est reliée par le dispositif d'accouplement 40 à la machine électrique avant 8 du véhicule hybride, pour l'entraîner et recharger les batteries 10. Dans ce cas la machine électrique avant 8 comporte une poulie débrayable, de manière à permettre son 30 entraînement par la turbine 30 par l'intermédiaire du dispositif d'accouplement 40, sans faire tourner la poulie, ni le moteur thermique 2 relié à cette poulie par une courroie. 30532 9 1 6 L'entraînement de la machine électrique avant 8 par la turbine 30 permet de plus dans certains cas de disposer d'une puissance supplémentaire s'ajoutant à celle délivrée par cette machine travaillant en moteur, pour entraîner le moteur thermique 2. On peut notamment aider au 5 démarrage du moteur thermique 2 du véhicule à l'arrêt par un temps très froid. Selon un autre mode de réalisation, la turbine 30 est reliée par le dispositif d'accouplement 40 à la machine électrique arrière 14 du véhicule hybride, pour l'entraîner et recharger les batteries 10. 10 On utilise un moyen de débrayage entre la machine électrique arrière 14 et les roues arrière 16, existant déjà sur certains types de véhicule hybride pour ne pas entraîner cette machine en permanence, qui est débrayé pour entraîner par la turbine 30 uniquement la machine électrique arrière 14 afin de recharger les batteries 10. 15 On peut aussi disposer une turbine 30 sur les deux machines électriques avant 8 et arrière 14, afin de fournir à partir d'un même branchement vers une station de recharge 50 le fluide sous pression à ces deux machines permettant d'augmenter la puissance de recharge des batteries 10. 20 De plus on peut pour des nouvelles générations de véhicules hybrides, concevoir la machine électrique avant 8 ou arrière 14 comportant directement la turbine 30 qui est intégrée dedans, de manière à réaliser un sous-ensemble compact et économique. En complément la turbine 30 peut être déportée par rapport à la 25 machine électrique avant 8 ou arrière 14 avec des axes différents, pour des raisons d'encombrement notamment, en utilisant par exemple un système flexible de transmission pour relier ces deux éléments. En variante la turbine 30 peut être reliée directement à la machine électrique avant 8 ou arrière 14, avec un dispositif d'accouplement 40 restant 30 en permanence accouplé. On obtient alors un entraînement permanent de cette turbine 30 avec la rotation de la machine électrique 8, 14, mais un système de recharge qui est plus économique. 3053291 7 Le système de recharge de batteries selon l'invention utilisant un fluide sous pression peut en particulier être couplé à un système de recharge classique de puissance limitée recevant un courant électrique d'un réseau extérieur, afin d'augmenter la puissance totale de charge. 5 Suivant une autre variante on peut utiliser comme fluide un liquide sous pression délivré par une station de recharge, comme un liquide de circuit hydraulique. Le liquide sous pression permet de réaliser une turbine 30 beaucoup plus compact, présentant une masse réduite. Dans ce cas la liaison 34 vers la station de recharge 50 comporte un tube d'alimentation du 10 liquide sous pression, et un tube retour du liquide basse pression. On notera que la recharge du véhicule avec un fluide sous pression élimine des risques d'accidents qui peuvent être causés par une alimentation électrique, notamment des risques d'électrocution des opérateurs. REVENDICATIONS1 - Système de recharge de batteries de traction (10) prévu pour être embarqué dans un véhicule automobile hybride ou électrique, ce véhicule comportant au moins une machine électrique (8, 14) pouvant travailler en moteur avec l'énergie des batteries de traction (10), ou en génératrice en rechargeant ces batteries (10), caractérisé en ce qu'il comporte une turbine (30) fonctionnant avec un fluide sous pression, prévue pour être reliée à une alimentation extérieure (50) de ce fluide, et un dispositif d'accouplement (40) de la turbine (30) avec la machine électrique (8, 14). 2 - Système de recharge selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'accouplement (40) permet un désaccouplement entre la turbine (30) et la machine électrique (8, 14). 3 - Système de recharge selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'accouplement (40) comporte un crabot ou un embrayage. 4 - Système de recharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'accouplement (40) est disposé dans l'alignement de l'arbre de la machine électrique (8, 14). 5 - Système de recharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la turbine (30) est prévue pour entraîner une machine électrique (8) reliée à un moteur thermique (2) du véhicule qui est hybride. 6 - Système de recharge selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif d'accouplement (40) comporte une poulie prévue pour relier la machine électrique (8) au moteur thermique (2), qui est débrayable. 7 - Système de recharge selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la turbine (30) est prévue pour entraîner une machine électrique (14) reliée aux roues arrière (16) du véhicule. 8 - Système de recharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un raccord rapide (32) prévu pour se raccorder sur une liaison (34) vers l'alimentation extérieure (50). 3053291 9 9 - Véhicule automobile hybride ou électrique comportant au moins une machine électrique (8, 14) reliée à des batteries de traction (10), caractérisé en ce qu'il comporte un système de recharge de ces batteries (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5 10 - Véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce que la machine électrique (14) entraînant les roues arrière du véhicule (16), il comporte un moyen de débrayage entre cette machine électrique (14) et les roues arrière (16).