Brevet FR3067662A1 — publié le 20181221

ARCHITECTURE DE TRACTION HYBRIDE BASSE TENSION POUR VÉHICULE AUTOMOBILE EMBARQUANT UNE BATTERIE PORTATIVE La présente invention porte sur une architecture de traction hybride basse tension pour véhicule automobile embarquant une batterie portative. De façon connue en soi, une chaîne de traction hybride comporte un moteur thermique associé à une machine électrique. La machine électrique pourra par exemple être accouplée à une boîte de vitesses ou être implantée sur le train arrière pour remplir une fonctionnalité de roulage à quatre roues motrices. La machine électrique est apte à fonctionner en mode moteur pour assurer une traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. Cette machine électrique est également apte à fonctionner en mode générateur pour fournir de l'énergie à la batterie du véhicule. Les véhicules hybrides rechargeables par connexion à une source d'énergie extérieure, notamment une prise de courant (configuration dite de type "plug- in" en anglais), sont basés sur l'utilisation de machines électriques tournantes à haute tension. Dans ce type d'architecture, la batterie est encombrante et présente des risques sécuritaires pour l'utilisateur en raison de sa haute tension et sa grande capacité énergétique. En conséquence, il est nécessaire de conserver la batterie montée de manière sûre à l'intérieur du véhicule. En outre, il existe des problèmes de rechargement lorsqu'aucune prise de courant n'est disponible dans le parking. On observe également que compte tenu du prix de plus en plus élevé des moteurs de type diesel dû à la nécessité de prévoir des systèmes de post-traitement des gaz d'échappement, le coût d'un véhicule hybride embarquant des machines électriques haute tension est très important. La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une architecture de traction pour véhicule automobile comportant: - un moteur thermique, - au moins une machine électrique tournante apte à fonctionner dans un mode de traction, et 2 - au moins une batterie apte à fournir de l'énergie électrique à la machine électrique tournante, caractérisée en ce que la batterie présente une tension nominale inférieure à 60 Volts et en ce que la batterie est une batterie portative apte à être 5 démontée par rapport au véhicule automobile pour assurer son rechargement à l'extérieur du véhicule automobile. L'invention permet ainsi de recharger la batterie à son domicile lorsqu'aucune prise de courant n'est disponible. On s'assure ainsi que le véhicule dispose d'une source d'énergie pour garantir un roulage électrique en milieu urbain. 10 Le risque sécuritaire est également réduit du fait de la basse tension de fonctionnement de la batterie. En outre, compte tenu de la taille réduite de la batterie et du circuit de puissance associé, l'invention permet de diminuer le coût du véhicule hybride. Selon une réalisation, la batterie portative présente une capacité supérieure 15 à 80 A.h à 48 Volts et un ratio puissance sur énergie compris entre 5 et 10. Selon une réalisation, la batterie portative présente un poids de l'ordre de 40kg et un volume de l'ordre de 20 litres. Selon une réalisation, la batterie portative est configurée pour assurer un rechargement d'une batterie de puissance par l'intermédiaire d'un 20 convertisseur continu/continu, ladite batterie de puissance, montée fixe dans le véhicule, étant connectée électriquement à la machine électrique tournante. Selon une réalisation, la batterie de puissance présente une capacité inférieure à celle de la batterie portative et un ratio puissance sur énergie 25 supérieur à celui de la batterie portative. Selon une réalisation, la batterie portative présente un poids de l'ordre de 20kg et un volume de l'ordre de 10 litres. Selon une réalisation, la batterie portative est au lithium. Selon une réalisation, la machine électrique tournante présente une tension 30 de fonctionnement inférieure à 60 Volts valant de préférence 48 Volts. 3 Selon une réalisation, la machine électrique tournante présente une puissance comprise entre 15kW et 25kW. Selon une réalisation, la machine électrique tournante est accouplée avec une boîte de vitesses. 5 Selon une réalisation, la machine électrique tournante est implantée sur un train arrière du véhicule automobile. Selon une réalisation, le moteur thermique est de type diesel. Selon une réalisation, la machine électrique tournante est de type synchrone à aimants permanents. 10 Selon une réalisation, la batterie portative est apte à être rechargée dans le véhicule automobile via une prise montée sur le véhicule automobile. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. 15 La figure 1 est une représentation schématique d'une architecture de traction hybride pour véhicule automobile selon la présente invention; La figure 2 est une représentation graphique du pourcentage en temps de roulage en mode électrique à une vitesse inférieure à 50km/h en fonction du poids du véhicule automobile; 20 La figure 3 est une représentation graphique de l'évolution de la vitesse en fonction du temps lors d'un test d'homologation illustrant la durée de roulage en mode électrique; La figure 4 est une représentation graphique illustrant la distance de roulage en mode électrique par rapport à la distance de roulage totale lors d'un test 25 d'homologation; La figure 5 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'architecture de traction hybride pour véhicule automobile selon la présente invention; 4 Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. La figure 1 montre une architecture de traction 10 hybride pour véhicule automobile comportant un moteur thermique 11, par exemple de type diesel 5 ou essence, associé à une machine électrique tournante 12. La machine électrique 12 est par exemple accouplée à une boîte de vitesses 13. La machine électrique 12 pourra être accouplée à l'arbre de sortie ou à l'arbre d'entrée de la boîte de vitesses 13. La machine électrique 12 pourra être montée de façon coaxiale ou parallèle par rapport à l'arbre 10 correspondant de la boîte de vitesses 13. La machine électrique 12 pourra être implantée à l'intérieur ou à l'extérieur de la boîte de vitesses 13. La machine électrique 12 est apte à fonctionner en mode moteur pour assurer une traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique 11. La machine électrique 12 est également apte à fonctionner en 15 mode générateur pour fournir de l'énergie à la batterie du véhicule. La machine électrique 12 tournante présente une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts et valant de préférence 48 Volts. Avantageusement, la machine électrique 12 est de type synchrone à aimants permanents. Le système embarque en outre une batterie 16 apte à fournir de l'énergie 20 électrique à la machine électrique 12 tournante. La batterie 16 est une batterie portative, de préférence au lithium, apte à être démontée par rapport au véhicule automobile pour assurer son rechargement à l'extérieur du véhicule automobile. La batterie portative 16 présente une tension nominale inférieure à 60 Volts. Elle pourra être située au niveau du coffre du véhicule 25 automobile pour faciliter son accès. Le retrait de la batterie 16 pourra être effectué à l'aide d'un système mécanique d'éjection, commandé notamment par un bouton ou une manette, qui ne nécessite pas d'outil particulier pour son actionnement. Autrement dit, le retrait de la batterie 16 pourra être effectué par l'utilisateur du véhicule 30 sans qu'il ait besoin d'avoir des connaissances techniques spécifiques. 5 Suivant un exemple de réalisation particulier, la batterie portative 16 présente une capacité supérieure à 80 A.h à 48 Volts et un ratio puissance sur énergie compris entre 5 et 10. La batterie portative 16 présente un poids de l'ordre de 40kg et un volume de l'ordre de 20 litres. Cette batterie 16 est utilisée en 5 combinaison avec une machine électrique 12 ayant une puissance comprise entre 15kW et 25kW inclus. Sur la figure 2, la courbe Cl met en évidence que pour un véhicule ayant un poids P de moins de 1500kg, une machine électrique de 15kW permet de rouler en ville et à une vitesse inférieure à 50km/h plus de 90% du temps 10 dans un mode de roulage électrique R_elec sans émission de particules polluantes, c'est-à-dire avec le moteur thermique 11 arrêté. La courbe C2 met en évidence que pour un véhicule de moins de 2000kg, une machine électrique 12 de 25kW permet de rouler plus de 90% du temps dans un mode de roulage électrique sans émission de particules polluantes. 15 La figure 3 met en évidence les durées pendant lesquelles le moteur thermique 11 est arrêté au cours de deux cycles de roulage d'homologation de type WLTC (pour "Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycles" en anglais). Cette durée représente la majeure partie de la durée totale du cycle correspondant. 20 Ainsi, comme cela est illustré par la figure 4, avec la batterie portative 16 basse tension selon l'invention, il est possible d'assurer un roulage électrique sur une distance D de 30km (cf. courbe C3) par rapport à une distance totale de roulage du cycle de l'ordre de 46km (cf. courbe C4). Une telle distance correspond à un trajet moyen lors d'un roulage urbain ou périurbain. 25 Dans le mode de réalisation de la figure 5, la batterie portative 16 est reliée électriquement à une batterie 16', dite de puissance, par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu 17. La batterie de puissance 16', montée fixe dans le véhicule, est connectée électriquement à la machine électrique 12. En l'occurrence, la machine électrique 12 est implantée sur le train arrière du 30 véhicule pour pouvoir remplir une fonctionnalité de roulage à quatre roues motrices. 6 Dans une telle configuration, la batterie portative 16 est très énergétique ce qui permet de réduire son poids. En outre, la batterie de puissance 16' présente une capacité inférieure à celle de la batterie portative 16 et un ratio puissance sur énergie supérieur à celui de la batterie portative 16. 5 Dans un exemple de réalisation, la batterie portative 16 présente une capacité de l'ordre de 90 A.h à 48 Volts ou 60 Volts et un ratio puissance sur énergie valant environ 5. La batterie portative 16 pourra ainsi par exemple présenter un poids de l'ordre de 20kg et un volume de l'ordre de 10 litres. En outre, la batterie de puissance 16' présente une capacité comprise entre 15 10 et 25A.h et un ratio puissance sur énergie supérieur ou égal à 20, notamment compris entre 20 et 50. La batterie portative 16 pourra ainsi assurer le chargement de la batterie de puissance 16' à une intensité inférieure à 100A afin de maintenir son niveau de charge à un niveau permettant le roulage électrique. 15 La machine électrique 12, la batterie de puissance 16', ainsi que l'alterno- démarreur 18 accouplé au moteur thermique 11 appartiennent à un réseau électrique 20 présentant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. Avantageusement, la tension de fonctionnement du réseau électrique 20 est de 48 Volts. 20 Le réseau électrique 20 est interfacé avec un réseau électrique basse tension 21 par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu 23. Un démarreur 26 assurant les démarrages à froid du moteur thermique 11, ainsi que des consommateurs électriques du véhicule de type éclairage, actionneurs de vitres ou de sièges, et contrôle moteur, sont connectés au 25 réseau électrique 21. Ce réseau électrique 21 est associé à une batterie 27 ayant une tension de fonctionnement de préférence de l'ordre de 12 Volts. Avantageusement, la batterie portative 16 est apte à être rechargée dans le véhicule automobile via une prise montée sur le véhicule automobile (fonction dite "plug-in" en anglais). 7 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 5 réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, REVENDICATIONS1. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile comportant: - un moteur thermique (11), - au moins une machine électrique tournante (12) apte à fonctionner 5 dans un mode de traction, et - au moins une batterie (16) apte à fournir de l'énergie électrique à la machine électrique tournante (12), caractérisée en ce que la batterie (16) présente une tension nominale inférieure à 60 Volts et en ce que la batterie (16) est une batterie portative 10 apte à être démontée par rapport au véhicule automobile pour assurer son rechargement à l'extérieur du véhicule automobile. 2. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisée en ce que la batterie portative (16) présente une capacité supérieure à 80 A.h et un ratio puissance sur énergie compris 15 entre 5 et 10. 3. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile selon la revendication 2, caractérisée en ce que la batterie portative (16) présente un poids de l'ordre de 40kg et un volume de l'ordre de 20 litres. 4. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile selon la 20 revendication 1, caractérisée en ce que la batterie portative (16) est configurée pour assurer un rechargement d'une batterie de puissance (16') par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu (17), ladite batterie de puissance (16'), montée fixe dans le véhicule, étant connectée électriquement à la machine électrique tournante (12). 25 5. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile selon la revendication 4, caractérisée en ce que la batterie de puissance (16') présente une capacité inférieure à celle de la batterie portative (16) et un ratio puissance sur énergie supérieur à celui de la batterie portative (16). 6. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile selon la 30 revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la batterie portative (16) présente un poids de l'ordre de 20kg et un volume de l'ordre de 10 litres. 9 7. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la batterie portative (16) est au lithium. 8. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la machine électrique tournante (12) présente une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts valant de préférence 48 Volts. 9. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la machine électrique tournante (12) présente une puissance comprise entre 15kW et 25 kW. 10. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la machine électrique tournante (12) est accouplée avec une boîte de vitesses (13). 11. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la machine électrique tournante (12) est implantée sur un train arrière du véhicule automobile. 12. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le moteur thermique (11) est de type diesel. 13. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la machine électrique tournante (12) est de type synchrone à aimants permanents. 14. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que la batterie portative (16) est apte à être rechargée dans le véhicule automobile via une prise montée sur le véhicule automobile.