Brevet FR3067661A1 — publié le 20181221

ARCHITECTURE DE TRACTION HYBRIDE BASSE TENSION À DOUBLE MACHINES ÉLECTRIQUES TOURNANTES POUR VÉHICULE AUTOMOBILE La présente invention porte sur une architecture de traction hybride basse tension à double machines électriques tournantes pour véhicule automobile. De façon connue en soi, une chaîne de traction hybride peut comporter un moteur thermique, deux machines électriques tournantes, et un dispositif d'accouplement mécanique entre le moteur thermique et les machines électriques tournantes. Les machines électriques sont aptes à fonctionner en mode moteur pour assurer une traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. Ces machines sont également aptes à fonctionner en mode générateur pour fournir de l'énergie à une batterie du véhicule. Les machines électriques sont généralement des machines de forte puissance, de l'ordre de 50kW, connectées sur un réseau électrique présentant une tension de fonctionnement de 300 Volts. Il a été observé qu'avec ce type d'architecture les émissions de dioxyde de carbone et autres particules polluantes sont élevées sur les grandes distances de roulage. En effet, sur ces distances, les conditions de roulage sont telles que le véhicule fonctionne le plus souvent en mode thermique. Or, étant donné que le poids des batteries alimentant le réseau haute tension est important et que les machines électriques consomment une énergie non négligeable à haute vitesse (pour un couple nul), le moteur thermique consomme beaucoup de carburant pour assurer seul la traction du véhicule, ce qui engendre une émission importante de dioxyde de carbone et autres particules polluantes. En outre, malgré les formations techniques reçues par les opérateurs pour réparer des pannes électriques du véhicule, il existe un risque sécuritaire d'électrocution compte tenu des tensions élevées utilisées pour alimenter les machines électriques de traction. 2 La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une architecture de traction pour véhicule automobile comportant: - un moteur thermique, - une première machine électrique tournante, 5 - une deuxième machine électrique tournante, - un dispositif d'accouplement mécanique entre le moteur thermique, la première machine électrique tournante, et la deuxième machine électrique tournante, caractérisée en ce que la première machine électrique tournante et la 10 deuxième machine électrique tournante sont connectées à un réseau électrique présentant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. L'invention permet ainsi, grâce à l'utilisation d'un réseau électrique basse tension, d'embarquer des batteries moins lourdes que sur un réseau haute tension classique, ce qui permet de minimiser les émissions de particules 15 polluantes sur les grandes distances lorsque le véhicule fonctionne dans un mode de roulage thermique. L'invention permet en outre de réduire le coût de l'architecture de traction du fait de la suppression des organes de transmission classique et de la taille réduite des machines électriques tournantes fonctionnant en basse tension. L'invention permet en outre de 20 supprimer le risque sécuritaire, dans la mesure où les tensions mises en oeuvre ne sont pas susceptibles de causer une électrocution à l'opérateur intervenant sur le véhicule automobile. Selon une réalisation, la tension de fonctionnement du réseau électrique est de 48 Volts. 25 Selon une réalisation, le dispositif d'accouplement mécanique comporte un train épicycloïdal. Selon une réalisation, un pignon solaire est connecté à la première machine électrique tournante, un porte-satellites est connecté à un vilebrequin du moteur thermique, et une couronne est connectée à la deuxième machine 30 électrique tournante. Selon une réalisation, un dispositif de transmission de mouvement est interposé entre la deuxième machine électrique tournante et un étage 3 réducteur, lequel est relié mécaniquement à des roues du véhicule automobile par l'intermédiaire d'un différentiel. Selon une réalisation, un pignon solaire est connecté à la première machine électrique tournante et un porte-satellites est connecté à un vilebrequin du 5 moteur thermique, un ensemble réducteur établissant une liaison mécanique entre une couronne, la deuxième machine électrique tournante, et des roues du véhicule automobile. Selon une réalisation, le dispositif d'accouplement mécanique comporte deux trains épicycloïdaux. 10 Selon une réalisation, chaque train épicycloïdal comprend un pignon solaire connecté à une des machines électriques tournantes, et un porte-satellites relié à des roues du véhicule automobile, - une couronne d'un des trains épicycloïdaux étant connectée au moteur thermique, et 15 - une couronne de l'autre train épicycloïdal étant sélectivement maintenue fixe ou connectée à une machine électrique tournante au moyen de deux embrayages. Selon une réalisation, ladite architecture de traction est configurée pour pouvoir réaliser une fonction d'arrêt et de re-démarrage automatique du 20 moteur thermique. Selon une réalisation, ladite architecture de traction est configurée pour pouvoir réaliser une fonction permettant à l'une et/ou l'autre des machines électriques tournantes d'assister ponctuellement le moteur thermique lors d'une phase de roulage en mode thermique. 25 Selon une réalisation, ladite architecture de traction est configurée pour pouvoir réaliser une fonction de freinage récupératif permettant à l'une et/ou l'autre des machines électriques tournantes de fournir de l'énergie électrique à une batterie lors d'une phase de freinage. Selon une réalisation, ladite architecture de traction est configurée pour 30 pouvoir réaliser une fonction de roue libre permettant d'automatiser l'ouverture de la chaîne de traction sans action explicite du conducteur pour 4 réduire le régime moteur ou l'arrêter afin de minimiser la consommation en carburant ainsi que les émissions polluantes. Selon une réalisation, ladite architecture de traction est configurée pour pouvoir réaliser une fonction de décollage électrique du véhicule. 5 Selon une réalisation, ladite architecture de traction est configurée pour pouvoir réaliser une fonction de roulage électrique. Selon une réalisation, les machines électriques tournantes sont de type synchrone à aimants permanents. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à 10 l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation de l'architecture de traction hybride pour véhicule automobile selon la présente invention; 15 La figure 2 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'architecture de traction hybride pour véhicule automobile selon la présente invention; La figure 3 est une représentation schématique d'un troisième mode de réalisation de l'architecture de traction hybride pour véhicule automobile 20 selon la présente invention; La figure 4 est une représentation schématique des réseaux électriques interfacés mis en oeuvre dans la présente invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. 25 La figure 1 montre une architecture de traction 10 hybride pour véhicule automobile comportant un moteur thermique 11, une première et une deuxième machines électriques tournantes 12.1, 12.2, ainsi qu'un dispositif d'accouplement mécanique 13 entre le moteur thermique 11, et les deux 5 machines électriques 12.1, 12.2. Avantageusement, les machines électriques 12.1, 12.2 sont de type synchrone à aimants permanents. En l'occurrence, le dispositif d'accouplement 13 comporte un train épicycloïdal 16 ayant un pignon solaire 17 connecté à la première machine 5 électrique tournante 12.1, un porte-satellites 18 connecté au vilebrequin du moteur thermique 11, et une couronne 19 connectée à la deuxième machine électrique tournante 12.2. Un dispositif de transmission de mouvement 21 à courroie, à chaîne, ou à engrenage est interposé entre l'arbre de la deuxième machine électrique 10 12.2 et un étage réducteur 22, lequel est relié mécaniquement aux roues 23 par l'intermédiaire d'un différentiel 24. Les machines électriques 12.1, 12.2 sont aptes à fonctionner en mode moteur pour assurer une traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique 11. Les machines électriques 12.1, 12.2 sont également 15 apte à fonctionner en mode générateur pour fournir de l'énergie à une batterie 27 du véhicule. Les machines électriques 12.1, 12.2 tournantes sont connectées à un réseau électrique 28 présentant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. Avantageusement, la tension de fonctionnement du réseau électrique 28 est 20 de 48 Volts. Les machines électriques 12.1, 12.2 sont ainsi reliées électriquement à une batterie 27 ayant une tension nominale de 48 Volts, via un onduleur 29.1, 29.2 correspondant. Dans le mode de réalisation de la figure 2, l'architecture de traction 10 hybride comporte un moteur thermique 11, une première machine et une 25 deuxième machines électriques tournantes 12.1, 12.2, ainsi qu'un dispositif d'accouplement mécanique 13 entre le moteur thermique 11, et les deux machines électriques 12.1, 12.2. Avantageusement, les machines électriques 12.1, 12.2 sont de type synchrone à aimants permanents. En l'occurrence, le dispositif d'accouplement 13 comporte un train 30 épicycloïdal 16 ayant un pignon solaire 17 connecté à la première machine 6 électrique tournante 12.1, un porte-satellites 18 connecté au vilebrequin du moteur thermique 11, et une couronne 19. Un ensemble réducteur 32 permet d'établir la liaison mécanique entre la couronne 19, la deuxième machine électrique 12.2, et les roues 23 du 5 véhicule. La première machine électrique 12.1 pourra assurer un démarrage du moteur thermique 11 ainsi que la charge de la batterie 27 lorsque le moteur thermique 11 est en fonctionnement. La deuxième machine électrique 12.2 est apte à délivrer un couple aux roues 23 lorsque la vitesse est inférieure à 10 un seuil, par exemple compris entre 50km/h et 70km/h. Le moteur thermique 11 délivre un couple aux roues 23 lorsque la vitesse devient supérieure au seuil. Les machines électriques 12.1, 12.2 sont connectées à un réseau électrique 28 présentant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. 15 Avantageusement, la tension de fonctionnement du réseau électrique 28 est de 48 Volts. Les machines électriques 12.1, 12.2 sont ainsi reliées électriquement à une batterie 27 ayant une tension nominale de 48 Volts, via un onduleur. Dans le mode de réalisation de la figure 3, l'architecture de traction 10 20 hybride comporte un moteur thermique 11, une première machine et une deuxième machines électriques 12.1, 12.2, ainsi qu'un dispositif d'accouplement mécanique 13 entre le moteur thermique 11, et les deux machines électriques 12.1, 12.2. Avantageusement, les machines électriques 12.1, 12.2 sont de type synchrone à aimants permanents. 25 En l'occurrence, le dispositif d'accouplement 13 comporte deux trains épicycloïdaux 16.1, 16.2. Chaque train épicycloïdal 16.1, 16.2 comprend un pignon solaire 17 connecté à une des machines électriques 12.1, 12.2 tournantes, et un porte-satellites 18 relié aux roues 23 du véhicule. 7 En outre, la couronne 19 du train 16.1 est connectée au moteur thermique 11. Un système de roue libre 36 permet d'éviter les rotations inverses du moteur thermique 11. La couronne 19 du train 16.2 peut être sélectivement maintenue fixe ou 5 connectée à la première machine électrique 12.1 au moyen de deux embrayages 37. Les machines électriques 12.1, 12.2 tournantes sont connectées à un réseau électrique 28 présentant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. Avantageusement, la tension de fonctionnement du réseau électrique 28 est 10 de 48 Volts. Les machines électriques 12.1, 12.2 sont ainsi reliées électriquement à une batterie 27 ayant une tension nominale de 48 Volts, via un module électronique de puissance 30 intégrant des onduleurs. Comme cela est illustré par la figure 4, le réseau électrique 28 contenant la batterie 27, les deux machines électriques 12.1, 12.2, et éventuellement 15 d'autres charges électriques 40 est interfacé avec un deuxième réseau électrique basse tension 41 par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu 42. Des consommateurs électriques 43 du véhicule de type éclairage, actionneurs de vitres ou de sièges, et contrôle moteur, sont connectés au réseau électrique 41. Ce réseau électrique 41 associé à une 20 batterie 44 présente une tension de fonctionnement inférieure à celle du réseau électrique 28. La tension de fonctionnement du réseau électrique 41 est de préférence de l'ordre de 12 Volts. Ces architectures permettent d'assurer une fonction d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique 11 en fonction des conditions 25 de circulation (fonction dite STT pour "stop and start" en anglais). Une fonction dite "boost" en anglais permet à l'une et/ou l'autre des machines électriques 12.1, 12.2 d'assister ponctuellement le moteur thermique 11 lors d'une phase de roulage en mode thermique. Une fonction de freinage récupératif permet à l'une et/ou l'autre des 30 machines électriques 12.1, 12.2 de fournir de l'énergie électrique à la batterie 27 lors d'une phase de freinage. L'utilisation simultanée des deux machines 8 électriques 12.1, 12.2 permet de maximiser l'énergie récupérée par la batterie 27 lors du freinage. Une fonction de roue libre, dite de "coasting" en anglais, permet d'automatiser l'ouverture de la chaîne de traction sans action explicite du 5 conducteur pour réduire le régime moteur ou l'arrêter afin de minimiser la consommation en carburant ainsi que les émissions polluantes. En outre, ces architectures permettent de disposer d'un couple électrique à l'arrêt du véhicule pour assurer notamment un décollage du véhicule (fonction dite de "take off" en anglais). 10 La machine électrique permet également d'assurer un roulage électrique pur. Le roulage électrique pourra être sollicité juste après une sortie de phase de roulage en roue libre. Dans certaines situations de vie dans lesquelles la batterie 27 est vide, une des machines électriques 12.1, 12.2 pourra fournir directement une énergie électrique à l'autre machine électrique 12.1, 12.2 15 pour assurer une traction du véhicule. Grâce au roulage électrique pur, à la fonction de freinage récupératif par les deux machines électriques 12.1, 12.2 ainsi qu'au poids réduit de la batterie 27 utilisée, l'invention permet un gain en carburant de l'ordre de 20% lors des roulages sur de longues distances. 20 Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les 25 autres selon diverses combinaisons, REVENDICATIONS1. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile comportant: - un moteur thermique (11), - une première machine électrique tournante (12.1), - une deuxième machine électrique tournante (12.2), - un dispositif d'accouplement mécanique (13) entre le moteur thermique (11), la première machine électrique tournante (12.1), et la deuxième machine électrique tournante (12.2), caractérisée en ce que la première machine électrique tournante (12.1) et la deuxième machine électrique tournante (12.2) sont connectées à un réseau électrique (28) présentant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. 2. Architecture de traction (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tension de fonctionnement du réseau électrique (28) est de 48 Volts. 3. Architecture de traction (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le dispositif d'accouplement mécanique (13) comporte un train épicycloïdal (16). 4. Architecture de traction (10) selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'un pignon solaire (17) est connecté à la première machine électrique tournante (12.1), un porte-satellites (18) est connecté à un vilebrequin du moteur thermique (11), et une couronne (19) est connectée à la deuxième machine électrique tournante (12.2). 5. Architecture de traction (10) selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'un dispositif de transmission de mouvement (21) est interposé entre la deuxième machine électrique tournante (12.2) et un étage réducteur (22), lequel est relié mécaniquement à des roues (23) du véhicule automobile par l'intermédiaire d'un différentiel (24). 6. Architecture de traction (10) selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'un pignon solaire (17) est connecté à la première machine électrique tournante et un porte-satellites (18) est connecté à un vilebrequin 10 du moteur thermique (11), et en ce qu'un ensemble réducteur (32) établit une liaison mécanique entre une couronne (19), la deuxième machine électrique tournante (12.2), et des roues (23) du véhicule automobile. 7. Architecture de traction (10) selon la revendication 1 ou 2, 5 caractérisée en ce que le dispositif d'accouplement mécanique (13) comporte deux trains épicycloïdaux (16.1, 16.2). 8. Architecture de traction (10) selon la revendication 7, caractérisée en ce que chaque train épicycloïdal (16.1, 16.2) comprend un pignon solaire (17) connecté à une des machines électriques tournantes (12.1, 12.2), et un 10 porte-satellites (18) relié à des roues (23) du véhicule automobile, - une couronne (19) d'un des trains épicycloïdaux (16.1, 16.2) étant connectée au moteur thermique (11), et - une couronne (19) de l'autre train épicycloïdal (16.1, 16.2) étant sélectivement maintenue fixe ou connectée à une machine électrique 15 tournante (12.1) au moyen de deux embrayages (37). 9. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour pouvoir réaliser une fonction d'arrêt et de re-démarrage automatique du moteur thermique (11). 20 10. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour pouvoir réaliser une fonction permettant à l'une et/ou l'autre des machines électriques tournantes (12.1, 12.2) d'assister ponctuellement le moteur thermique (11) lors d'une phase de roulage en mode thermique. 25 11. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour pouvoir réaliser une fonction de freinage récupératif permettant à l'une et/ou l'autre des machines électriques tournantes (12.1, 12.2) de fournir de l'énergie électrique à une batterie (27) lors d'une phase de freinage. 30 12. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour pouvoir 11 réaliser une fonction de roue libre permettant d'automatiser l'ouverture de la chaîne de traction sans action explicite du conducteur pour réduire le régime moteur ou l'arrêter afin de minimiser la consommation en carburant ainsi que les émissions polluantes. 5 13. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour pouvoir réaliser une fonction de décollage électrique du véhicule. 14. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour pouvoir 10 réaliser une fonction de roulage électrique. 15. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que les machines électriques (12.1, 12.2) tournantes sont de type synchrone à aimants permanents.