Brevet FR3060483A1 — publié le 20180622

Groupe motopropulseur pour véhicule La présente invention concerne un groupe motopropulseur pour véhicule. Le véhicule est par exemple un véhicule dit« passager », par exemple une voiture. Il est connu de réaliser des véhicules dits « tout électrique » qui sont dépourvus de toute autre source de propulsion qu'un moteur électrique. De tels véhicules n'ont pas une autonomie satisfaisante et sont coûteux, notamment du fait des coûts liés à la batterie de propulsion. Il est encore connu de réaliser des véhicules hybrides dont la propulsion est assurée par un moteur électrique et par un moteur thermique. Du fait de l'utilisation du moteur thermique, des émissions polluantes sont générées, ce qui n'est pas satisfaisant en termes de lutte contre la pollution. Il existe un besoin pour remédier aux inconvénients ci-dessus. L'invention a pour objet de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, à l'aide d'un groupe motopropulseur pour véhicule, comprenant : - une source d'énergie électrique rechargeable, - une unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique, apte à recharger ladite source d'énergie électrique, - une machine électrique apte à être alimentée électriquement par ladite source d'énergie électrique et/ou par ladite unité de conversion, et - une unité de stockage d'énergie mécanique par un fluide, cette unité de stockage comprenant : - un compresseur de fluide apte à être entraîné par la machine électrique, et - un réservoir de fluide comprimé, apte à coopérer avec l'unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique, caractérisé en ce que le groupe motopropulseur comprend : - un premier système d'embrayage permettant d'accoupler sélectivement la machine électrique et le compresseur de fluide lorsque l'on souhaite stocker de l'énergie mécanique via le fluide, et - un deuxième système d'embrayage permettant d'accoupler sélectivement la machine électrique et une sortie du groupe motopropulseur, cette sortie étant apte à entraîner des roues du véhicule. L'invention propose ainsi un groupe motopropulseur entraîné par une machine électrique ayant deux sources d'énergie distinctes : une source d'énergie électrique rechargeable et une source d'énergie électrique fournie par l'unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique, elle-même alimentée en énergie mécanique grâce à du fluide comprimé. Aucune de ces deux sources d'énergie ne met ainsi en oeuvre un moteur thermique de sorte que les problèmes d'émission précités sont évités. En outre, la présence de deux sources d'énergie électrique distinctes permet d'augmenter l'autonomie du véhicule sans pour autant avoir besoin d'une batterie de taille, et donc de coût, importante. L'une de ces sources d'énergie électrique 3060483 2 correspond à la libération de fluide comprimé qui, coopérant avec l'unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique, permet une production d'énergie électrique. Le groupe motopropulseur comprend par exemple un connecteur apte à relier électriquement la machine électrique à un réseau de distribution d'énergie électrique. Ce réseau de distribution 5 d'énergie électrique est par exemple un réseau industriel, fournissant une tension comprise entre 220 V et 240 V, à une fréquence de 50 Hz ou 60 Hz. Le réseau est par exemple un réseau de tension monophasée ou de tension triphasée. L'unité de stockage d'énergie mécanique peut mettre en oeuvre un unique fluide, par exemple de l'air. Le compresseur de fluide comprime par exemple de l'air, et cet air est stocké &|-état 10 comprimé dans le réservoir. En variante, l'unité de stockage d'énergie mécanique peut mettre en oeuvre au moins deux fluide, notamment de l'huile et de l'air. Le compresseur de fluide déplace par exemple de l'huile, et le déplacement de cette huile va déplacer un piston délimitant une paroi d'un réservoir rempli d'air, de manière à comprimer l'air se trouvant dans ce réservoir. 15 Le groupe motopropulseur peut comprendre un dispositif de régulation apte à réguler le transfert de fluide entre le réservoir de fluide comprimé et l'unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique. Ce dispositif de régulation peut recevoir comme entrée une mesure de l'état de charge de la source d'énergie électrique rechargeable, et lorsque cette mesure indique que cet état de charge est inférieur à un seuil prédéfini, ce dispositif de régulation peut 20 provoquer la libération du fluide depuis le réservoir, de manière à ce que ce fluide puisse coopérer avec l'unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique. Le groupe motopropulseur peut comprendre un système de commande du premier système d'embrayage et du deuxième système d'embrayage. Ce système de commande peut interdire que les deux systèmes d'embrayage soient simultanément fermés. 25 En variante, ce système de commande peut permettre que les deux systèmes d'embrayage soient simultanément fermés. Lorsque le connecteur précité est branché au réseau, le système de commande peut interdire que le deuxième système d'embrayage soit fermé. Le branchement du connecteur au réseau peut permettre la recharge de la source d'énergie électrique et, le cas échéant, également 30 l'entraînement du compresseur de fluide de l'unité de stockage d'énergie mécanique par le fluide. Le système de commande peut être agencé pour interdire que le premier système d'embrayage soit fermé lorsqu'une consigne de démarrage ou d'accélération du véhicule est reçue. Le premier et le deuxième système d'embrayage sont par exemple formés par deux embrayages distincts, par exemple des embrayages à sec ou humide. 3060483 3 En variante, le premier et le deuxième système d'embrayage peuvent être regroupés au sein d'un double embrayage, par exemple un double embrayage à sec ou un double embrayage humide. Dans tout ce qui précède, l'unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique peut former un alternateur, comprenant une turbine couplée à un stator de génératrice fournissant une 5 tension alternative. La mise en rotation de cette turbine est alors permise par le fluide comprimé, lorsque ce dernier est libéré. Un redresseur peut être prévu, de manière à convertir la tension alternative fournie : - par l'unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique, ou - par le réseau de distribution d'énergie électrique 10 en une tension continue pour la source d'énergie électrique rechargeable. La machine électrique peut être électriquement alimentée en énergie électrique par la source d'énergie électrique rechargeable et/ou par l'unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique. Une alimentation de la machine électrique simultanément par la source d'énergie électrique rechargeable et par l'unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique 15 peut être souhaitable lorsque l'on souhaite que la machine électrique fournisse un couple plus important. Dans tout ce qui précède, le volume du réservoir de fluide comprimé peut être compris entre 100L et 300L, étant par exemple compris entre 100L et 200L ou entre 200L et 300L. La pression dans ce réservoir peut être comprise entrel0 bars et 300 bars, notamment entre 100 bars et 300 20 bars. Dans tout ce qui précède, la source d'énergie électrique rechargeable peut être formée par une batterie ou par plusieurs batteries en série ou en parallèle. Cette source d'énergie électrique rechargeable met par exemple en oeuvre une ou plusieurs batteries du type lithium-polymère, du type lithium-fer-phosphate, ou du type lithium-air. 25 Dans tout ce qui précède, la machine électrique peut être une machine électrique tournante, étant par exemple une machine synchrone. Il peut s'agir d'une machine synchrone à aimants permanents ou d'une machine synchrone à rotor bobiné. Le cas échéant, la charge de la source d'énergie électrique rechargeable par le réseau de distribution d'énergie électrique peut se faire depuis le connecteur à travers le circuit électrique du stator de la machine électrique, de manière à 30 utiliser les bobines de ce circuit électrique pour lisser le courant de charge. En variante, la charge de la source d'énergie électrique rechargeable par le réseau de distribution d'énergie électrique se fait depuis le connecteur via un circuit électrique directement connecté à cette source d'énergie électrique rechargeable, sans traverser le circuit électrique du stator de la machine électrique. 3060483 4 La reconstitution du stock de fluide comprimé dans le réservoir peut, le cas échéant, se produire pendant le roulage du véhicule, de l'énergie mécanique étant alors prélevée sur la machine électrique pour entraîner le compresseur de fluide de l'unité de stockage d'énergie mécanique par le fluide. Dans un tel cas, le premier et le deuxième système d'embrayage sont 5 alors simultanément fermés. Dans tout ce qui précède, l'unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique peut être réversible, c'est-à-dire que de l'énergie électrique fournie par la source d'énergie électrique rechargeable peut être utilisée pour comprimer du fluide dans le réservoir de manière à y stocker de l'énergie sous forme mécanique. 10 Le cas échéant, la génératrice et la machine électrique tournent en rotation autour d'axes respectifs qui sont parallèles. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un groupe motopropulseur pour véhicule, comprenant : - une source d'énergie électrique rechargeable, 15 - une unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique, apte à recharger ladite source d'énergie électrique, - une machine électrique apte à être alimentée électriquement par ladite source d'énergie électrique et/ou par ladite unité de conversion, et - une unité de stockage d'énergie mécanique par un fluide, cette unité de stockage comprenant un 20 réservoir de fluide comprimé, apte à coopérer avec l'unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique, caractérisé en ce l'unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique est apte à être reliée électriquement à un réseau de distribution d'énergie électrique. On peut ainsi, selon cet autre aspect, reconstituer le stock de fluide comprimé dans le réservoir 25 lorsque le véhicule est à l'arrêt via le branchement au réseau de distribution électrique, ce branchement permettant de transformer l'énergie électrique reçue en entrée de cette unité de conversion en énergie mécanique stockée via le fluide comprimé. Tout ou partie des caractéristiques mentionnées précédemment s'applique encore à cet autre aspect de l'invention. 30 L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple non limitatif de mise en oeuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel la figure unique représente schématiquement un groupe motopropulseur selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 représente de manière schématique un groupe motopropulseur de véhicule 1 selon 35 un exemple de mise en oeuvre de l'invention. 3060483 5 Ce groupe motopropulseur 1 comprend de façon connue : - une source d'énergie électrique rechargeable 2, - une unité de conversion 3 d'énergie mécanique en énergie électrique, apte à recharger ladite source d'énergie électrique 2, et 5 - une machine électrique 5 apte à être alimentée électriquement par ladite source d'énergie électrique 2 et/ou par ladite unité de conversion 3. La source d'énergie électrique rechargeable 2 est ici formée par plusieurs batteries, qui sont par exemple de type lithium-polymère. Un connecteur 7 à un réseau de distribution d'énergie électrique est ici prévu, de manière à 10 permettre de charger la source d'énergie électrique rechargeable 2. Ce connecteur est par exemple adapté à un réseau fournissant une tension électrique comprise entre 220 V et 240 V. La charge de la source d'énergie électrique 2 se fait dans l'exemple décrit à travers la machine électrique 5 dont des bobines peuvent servir à lisser ce courant de charge. En variante, un circuit électrique connecte le connecteur 7 à la source d'énergie électrique rechargeable 2, sans traverser de partie 15 du circuit électrique de la machine électrique 5. La machine électrique 5 est par exemple une machine synchrone à aimants permanents. L'unité de conversion 3 d'énergie mécanique est ici réversible et elle comprend : une turbine 11 apte à être entraînée en rotation autour d'un axe, et une génératrice 12 dont le rotor est couplé à la turbine 11, et dont le stator est électriquement connecté à la fois à la source d'énergie électrique 20 rechargeable 2 et au stator de la machine électrique 5. Le cas échéant, un convertisseur statique peut être interposé entre ces deux stators. Un échange d'énergie électrique est ainsi permis entre : - l'unité de conversion 3 d'énergie mécanique en énergie électrique, et - la source d'énergie électrique rechargeable 2 ou la machine électrique 5. 25 Cet échange d'énergie électrique peut permettre de recharger la source d'énergie électrique 2 depuis l'unité de conversion 3 ou d'alimenter électriquement la machine électrique 5 depuis l'unité de conversion 3. Le cas échéant, cette alimentation électrique de la machine électrique 5 depuis l'unité de conversion 3 peut se faire simultanément à l'alimentation de la machine électrique 5 depuis la source d'énergie électrique rechargeable 2. 30 Le groupe motopropulseur comprend encore, selon l'invention, une unité de stockage 15 d'énergie mécanique par un fluide, cette unité de stockage 15 comprenant : - un compresseur 16 de fluide, apte à être entraîné par la machine électrique, et - un réservoir 17 de fluide comprimé, apte à coopérer avec l'unité de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique 3. 3060483 6 Dans l'exemple considéré, le compresseur de fluide 16 est sélectivement couplé mécaniquement avec le rotor de la machine électrique 5 via un premier système d'embrayage 20. Ainsi, selon la configuration ouverte ou fermée du premier système d'embrayage 20, le compresseur de fluide 16 est entraîné en rotation par la machine électrique 5. Le compresseur de 5 fluide 16 comprime, lorsqu'il est couplé mécaniquement avec le rotor de la machine électrique 5 et que ce rotor tourne, un fluide qui est alors stocké à l'état comprimé dans le réservoir 17. Dans l'exemple considéré, un seul fluide est mis en oeuvre dans cette unité de stockage 15, à savoir ici de l'air. Dans une variante, le compresseur 16 peut déplacer un premier fluide, tel que de l'huile, et le déplacement de ce premier fluide agit sur un piston pour comprimer un second fluide, tel que 10 de l'air, ce second fluide étant présent dans le réservoir 17. Un dispositif de régulation 22, recevant par exemple en entrée une mesure de l'état de charge de la source d'énergie électrique rechargeable 2 ou une mesure d'une consigne de couple imposée à la machine électrique 5 peut réguler le transfert de fluide du réservoir 17 vers l'unité 3 de conversion d'énergie mécanique en énergie électrique. On met ainsi en contact le fluide sous 15 pression avec la turbine 11, de manière à entraîner celle-ci en rotation pour générer de l'énergie électrique vers la source d'énergie électrique rechargeable 2 etiou vers la machine électrique 5. Le groupe motopropulseur comprend encore dans l'exemple considéré un deuxième système d'embrayage 25 permettant de coupler sélectivement le rotor de la machine électrique 5 avec les roues 27 du véhicule, de manière à entraîner le véhicule. 20 Le premier système d'embrayage 20 et le deuxième système d'embrayage 25 sont par exemple regroupés au sein d'un double embrayage, par exemple à sec ou humide. Le groupe motopropulseur 1 comprend encore dans l'exemple considéré un système de commande 30 du premier système d'embrayage 20 et du deuxième système d'embrayage 25. Ce système de commande 30, qui met par exemple en oeuvre un ou plusieurs microcontrôleurs, 25 peut interdire que les deux systèmes d'embrayage 20 et 25 soient simultanément fermés. Lorsque le connecteur 7 est branché au réseau, le système de commande 30 peut interdire que le deuxième système d'embrayage 25 soit fermé, de manière à éviter alors un déplacement du véhicule. Le système de commande 30 peut être agencé pour interdire que le premier système 30 d'embrayage 20 soit fermé lorsqu'une consigne de démarrage ou d'accélération du véhicule est reçue. On évite ainsi que le couple fourni par la machine électrique 5 pour entraîner, via le deuxième système d'embrayage 25, les roues 27 soit consommé en partie par l'unité de conversion 3 pour reconstituer le stock de fluide sous pression. En variante, le système de commande 30 permet que le premier système d'embrayage 20 soit 35 fermé lorsque le véhicule roule. 3060483 7 Bien que non représenté, le groupe motopropulseur comprend dans l'exemple décrit un redresseur permettant que la tension alternative fournie par la machine électrique 5 ou l'unité de conversion 3 à la source d'énergie électrique rechargeable 2 soit redressée en une tension continue. 5 L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. Dans une autre variante non représentée, l'unité de conversion 3 peut être directement branchée au réseau de distribution d'énergie électrique, de manière à ce que la compression du fluide dans le réservoir 17 puisse être obtenue à l'aide de la turbine 11 de cette unité de conversion 3. 10 15 REVENDICATIONS1.'Groupe motopropulseur (1) pour véhicule, comprenant : - une source d'énergie électrique rechargeable (2), - une unité de conversion (3) d'énergie mécanique en énergie électrique, apte à recharger ladite source d'énergie électrique (2), - une machine électrique (5) apte à être alimentée électriquement par ladite source d'énergie électrique (2) et/ou par ladite unité de conversion (3), et - une unité de stockage (15) d'énergie mécanique par un fluide, cette unité de stockage (15) comprenant : - un compresseur de fluide (16) apte à être entraîné par la machine électrique (5), et - un réservoir de fluide comprimé (17), apte à coopérer avec l'unité de conversion (3) d'énergie mécanique en énergie électrique, caractérisé en ce que le groupe motopropulseur (1) comprend : - un premier système d'embrayage (20) permettant d'accoupler sélectivement la machine électrique (5) et le compresseur de fluide (16) lorsque l'on souhaite stocker de l'énergie mécanique via le fluide, et - un deuxième système d'embrayage (25) permettant d'accoupler sélectivement la machine électrique (5) et une sortie du groupe motopropulseur, cette sortie étant apte à entraîner des roues (27) du véhicule. 2. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, comprenant un connecteur (7) apte à relier électriquement la machine électrique (5) à un réseau de distribution d'énergie électrique. 3. Groupe motopropulseur selon l'une des revendications précédentes, l'unité de stockage (15) d'énergie mécanique mettant en oeuvre un unique fluide, notamment de l'air. 4. Groupe motopropulseur selon l'une des revendications 1 et 2, l'unité de stockage (15) d'énergie mécanique mettant en oeuvre au moins deux fluide, notamment de l'huile et de l'air. 5. Groupe motopropulseur selon une des revendications précédentes, comprenant un dispositif de régulation (22) apte à réguler le transfert de fluide entre le réservoir de fluide comprimé (17) et l'unité de conversion (3) d'énergie mécanique en énergie électrique. 6. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un redresseur, de manière à convertir la tension alternative fournie par : - l'unité de conversion (3) d'énergie électrique en énergie électrique, - un réseau de distribution d'énergie électrique en une tension continue pour la source d'énergie électrique rechargeable (2). 7. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, chaque 35 système d'embrayage (20, 25) étant un embrayage à sec ou un embrayage humide. 3060483 9 8. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, le premier système d'embrayage (20) et le deuxième système d'embrayage (25) étant regroupés au sein d'un double embrayage.