Brevet FR3081394A1 — publié le 20191129

ARCHITECTURE DE TRACTION POUR VÉHICULE AUTOMOBILE À ONDULEUR ET CONVERTISSEUR DE PUISSANCE INTÉGRÉS La présente invention porte sur une architecture de traction pour véhicule automobile à onduleur et convertisseur de puissance intégrés. De façon connue en soi, une chaîne de traction hybride comporte un moteur thermique accouplé à une boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un embrayage ainsi qu'une ou plusieurs machines électriques réversibles implantées sur un des trains du véhicule. Ces machines électriques sont généralement des machines réversibles aptes à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer un démarrage du moteur thermique, et le cas échéant un roulage électrique. Chaque machine électrique pourra également être utilisée pour fournir de l'énergie à la batterie lors d'une phase de freinage récupératif. Dans les architectures hybrides existantes, les composants électroniques sont généralement dédiés à une fonction prédéterminée. Ainsi, par exemple, on prévoit un onduleur associé à la machine électrique tournante, un convertisseur de puissance continu-continu pour assurer la transformation de puissance d'un réseau électrique à l'autre du véhicule, ainsi qu'une unité de contrôle dédiée à la commande d'un embrayage piloté. Une telle configuration présente toutefois l'inconvénient d'être encombrante, dans la mesure où un espace doit être prévu pour l'implantation des différents composants distincts les uns des autres. Il est également difficile d'assurer la communication entre les différents composants. En outre, le coût de réalisation du système est important, tandis que la sûreté de fonctionnement est complexe à assurer, dans la mesure où il est nécessaire de prévoir des redondances pour les composants pris individuellement. La présente invention vise à remédier efficacement à au moins un de ces inconvénients en proposant une architecture de traction pour véhicule automobile comportant: 2 - au moins une machine électrique tournante implantée sur un train du véhicule automobile par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse en prise avec un différentiel dudit train, - au moins un onduleur associé à ladite machine électrique tournante, 5 - un convertisseur de puissance pour interfacer un premier réseau électrique et un deuxième réseau électrique du véhicule automobile, caractérisée en ce que l'onduleur ainsi que le convertisseur de puissance sont regroupés à l'intérieur d'un même boîtier commun. L'invention permet ainsi, en regroupant l'onduleur et le convertisseur, de 10 limiter l'encombrement du système et donc de faciliter son intégration dans le véhicule. En outre, l'invention permet un gain économique important du fait de la réduction des interconnexions entre les composants et de la limitation du nombre de câbles entre les boîtiers. On obtient également un gain en performances du produit, notamment un gain en performances thermiques, 15 grâce à la limitation des pertes Joule dans les câbles. Le coût de test et de validation est également réduit, dans la mesure où un montage unique sur banc permet de tester l'ensemble des fonctionnalités. Un logiciel commun pourra également faciliter les mises à jour et la maintenance du système. Selon une réalisation, ladite architecture de traction comporte en outre un 20 embrayage piloté associé à une boîte de vitesses manuelle pilotée, une unité de contrôle de l'embrayage piloté étant également disposée à l'intérieur du boîtier commun. Selon une réalisation, un chargeur entre un réseau externe et un des réseaux électriques du véhicule automobile pour recharger une batterie est 25 également disposé à l'intérieur du boîtier commun. Selon une réalisation, le boîtier commun est le boîtier de l'onduleur. Selon une réalisation, une partie de bras de ponts de l'onduleur est destinée à être utilisée pour commander une machine électrique tournante, et une autre partie des bras de pont de l'onduleur est destinée à être utilisée pour 30 réaliser le convertisseur de puissance. 3 Selon une réalisation, une carte de contrôle est commune à la commande de l'onduleur et du convertisseur de puissance. Selon une réalisation, la carte de contrôle comporte des capacités de filtrage communes et/ou une masse commune, et/ou un dissipateur thermique 5 commun, et/ou des bornes de puissances externes communes, et/ou des signaux de commande communs à l'onduleur et au convertisseur de puissance. Selon une réalisation, ladite architecture de traction comporte une deuxième machine électrique tournante implantée sur le train du véhicule automobile 10 associée à un deuxième onduleur de puissance, une des deux machines électriques tournantes étant définie comme étant une machine électrique tournante maître, le convertisseur de puissance étant intégré à l'intérieur du boîtier de l'onduleur de puissance de la machine électrique tournante maître. Selon une réalisation, la machine électrique tournante est connectée à un 15 réseau électrique ayant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. Selon une réalisation, le réseau électrique présente une tension de fonctionnement de 48 Volts. Selon une réalisation, la machine électrique tournante est de type synchrone à aimants permanents. 20 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. La figure 1 est une représentation schématique d'une architecture de traction pour véhicule automobile selon la présente invention; 25 La figure 2 est une représentation schématique de l'intégration selon l'invention de composants électroniques à l'intérieur d'un même boîtier. Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. 4 La figure 1 montre une architecture de traction 10 pour véhicule automobile comportant une chaîne de traction 11 implantée sur le train avant 12. Cette chaîne de traction 11 comporte un moteur thermique 13 accouplé à une boîte de vitesses manuelle pilotée 14 par l'intermédiaire d'un embrayage piloté 16. 5 La boîte de vitesses 14 est reliée mécaniquement à un différentiel 17.1 du train avant 12. L'embrayage 16 et la boîte de vitesses 14 sont de type piloté, c'est-à-dire que leur fonctionnement (ouverture et fermeture de l'embraye 16 ainsi que le passage d'un rapport de vitesse) est commandé de façon automatique par un calculateur moteur 18 du véhicule sans action 10 de la part du conducteur. Une machine électrique tournante 19 de type réversible est accouplée au moteur thermique 13 via la façade accessoires par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission de mouvement 20. Le dispositif de transmission de mouvement 20 entre le moteur thermique 13 et la machine électrique 19 15 pourra par exemple être à courroie ou à chaîne. Cette machine électrique 19, appelée communément alterno-démarreur, est apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer un démarrage du moteur thermique 13 alors que le véhicule est à l'arrêt ou lors d'une transition 20 d'un mode de roulage électrique vers un mode de roulage thermique. Cette machine électrique 19 pourra également être utilisée pour fournir de l'énergie à la batterie lors d'une phase de freinage récupératif. En outre, une deuxième machine électrique tournante 23 de type réversible est implantée sur un train arrière 24 par l'intermédiaire d'un réducteur de 25 vitesse 25 en prise avec un différentiel 17.2 dudit train 24 arrière muni de roues 27. La machine électrique 23 est apte à fonctionner dans un mode générateur lors d'une phase de freinage récupératif pour recharger une batterie ainsi que dans un mode moteur pour assurer un roulage électrique du véhicule. La machine électrique 23 est associée à un onduleur de 30 puissance 30. Un dispositif de désaccouplement 28 de la machine électrique 23 est apte à déconnecter la machine électrique 23 par rapport aux roues 27 lorsque le véhicule dépasse une vitesse seuil. Cela permet de ne pas dépasser la 5 vitesse maximale autorisée pour la machine électrique 23 et de supprimer les pertes de la machine électrique 23 à haute vitesse lorsque la machine électrique 23 n'est pas utilisée. Les deux machines électriques tournantes 19, 23 sont connectées à un 5 premier réseau électrique 32 sur lequel est également branchée la batterie 33. Ce réseau électrique 32 présente une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. Avantageusement, la tension de fonctionnement du réseau électrique 32 est de 48 Volts. D'autres charges électriques pourront également être connectées sur le réseau électrique 32. 10 Chaque machine électrique 19, 23 pourra présenter une puissance comprise entre 15kW et 25 kW et fournir un couple compris entre 55Nm et 100Nm en fonction de sa longueur. Les machines électriques 19, 23 pourront par exemple être des machines de type synchrone à aimants permanents. En variante, le rotor de ces machines électriques 19, 23 pourra être à excitation. 15 Le circuit de refroidissement des machines électriques 19, 23 pourra être à base d'eau ou d'huile. Le réseau électrique 32 est interfacé avec un deuxième réseau électrique basse tension 36 par l'intermédiaire d'un convertisseur de puissance continu/continu 37. Le calculateur moteur 18 ainsi que des consommateurs 20 électriques 39 du véhicule de type éclairage, actionneurs de vitres ou de sièges sont connectés au réseau électrique 36. Ce réseau électrique 36 appelé "réseau de bord" est associé à une batterie 40 présentant une tension de fonctionnement inférieure à celle du premier réseau électrique 32. La tension de fonctionnement du réseau électrique 36 est de préférence 25 de l'ordre de 12 Volts. Comme on peut le voir sur la figure 2, l'onduleur 30 ainsi que le convertisseur de puissance 37 sont regroupés à l'intérieur d'un même boîtier commun 53. Le boîtier commun 53 est de préférence le boîtier de l'onduleur 30. Avantageusement, une partie des bras de ponts de l'onduleur 30 est 30 destinée à être utilisée pour commander la machine électrique 23, par exemple triphasée, et une autre partie des bras de pont de l'onduleur 30 est destinée à être utilisée pour réaliser le convertisseur de puissance 37. Une 6 carte de contrôle 41 pourra être commune à la commande de l'onduleur 30 et du convertisseur de puissance 37. La carte de contrôle 41 pourra comporter des capacités de filtrage commune et/ou une masse commune, et/ou un dissipateur thermique commun, et/ou 5 des bornes de puissances externes communes, et/ou des signaux de commande communs à l'onduleur 30 et au convertisseur de puissance 37. En outre, une unité de contrôle 42 de l'embrayage piloté 16 pourra également être disposée à l'intérieur du boîtier commun 53. L'unité de contrôle 42 pourra également être intégrée à la carte de contrôle 41. 10 Un chargeur 43 entre un réseau externe et le réseau électrique 32 du véhicule automobile pour recharger la batterie 33 pourra également être disposé à l'intérieur du boîtier commun 53. Ce chargeur 43 est utilisé pour des applications à rechargement externe dites de type "Plug-in". Alternativement, le chargeur 43 pourra être utilisé entre le réseau externe et 15 le réseau électrique 36 pour recharger la batterie 40. Suivant une variante de réalisation, il sera possible d'implanter une machine électrique 23' supplémentaire sur le train arrière 24, afin d'augmenter la puissance et le couple disponible en mode de roulage électrique. Cette machine électrique 23' est associée à un onduleur de puissance 30'. Une des 20 deux machines électriques 23, 23' étant définie comme une machine maître, le convertisseur de puissance 37, et le cas échéant l'unité de contrôle 42 et/ou le chargeur 43, sont intégrés à l'intérieur du boîtier 53 de l'onduleur de puissance 30, 30' de la machine électrique tournante maître. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple 25 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 autres selon diverses combinaisons, REVENDICATIONS1. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile comportant: - au moins une machine électrique tournante (23) implantée sur un train (24) du véhicule automobile par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse (25) en prise avec un différentiel (17.2) dudit train (24), - au moins un onduleur (30) associé à ladite machine électrique tournante (23), - un convertisseur de puissance (37) pour interfacer un premier réseau électrique (32) et un deuxième réseau électrique (36) du véhicule 10 automobile, caractérisée en ce que l'onduleur (30) ainsi que le convertisseur de puissance (37) sont regroupés à l'intérieur d'un même boîtier commun (53). 2. Architecture de traction selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comporte en outre un embrayage piloté (16) associé à une boîte de 15 vitesses manuelle pilotée (14), et en ce qu'une unité de contrôle (42) de l'embrayage piloté (16) est également disposée à l'intérieur du boîtier commun (53). 3. Architecture selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un chargeur (43) entre un réseau externe et un des réseaux électriques (32, 36) 20 du véhicule automobile pour recharger une batterie est également disposé à l'intérieur du boîtier commun (53). 4. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le boîtier commun (53) est le boîtier de l'onduleur (30). 25 5. Architecture selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une partie de bras de ponts de l'onduleur (30) est destinée à être utilisée pour commander la machine électrique tournante, et une autre partie des bras de pont de l'onduleur (30) est destinée à être utilisée pour réaliser le convertisseur de puissance (37). 30 6. Architecture selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une carte de contrôle (41) est commune à la commande 8 de l'onduleur (30) et du convertisseur de puissance (37). 7. Architecture selon la revendication 6, caractérisée en ce que la carte de contrôle (41) comporte des capacités de filtrage communes et/ou une masse commune, et/ou un dissipateur thermique commun, et/ou des 5 bornes de puissances externes communes, et/ou des signaux de commande communs à l'onduleur (30) et au convertisseur de puissance (37). 8. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une deuxième machine électrique tournante (23') implantée sur le train du véhicule automobile associée à un deuxième onduleur de puissance (30'), une des deux machines électriques tournantes (23, 23') étant définie comme étant une machine électrique tournante maître, et en ce que, le convertisseur de puissance (37) est intégré à l'intérieur du boîtier (53) de l'onduleur de puissance (30, 30') de la machine électrique tournante maître. 9. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la machine électrique tournante (23) est connectée à un réseau électrique (32) ayant une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. 10. Architecture de traction (10) selon la revendication 9, caractérisée en ce que le réseau électrique (32) présente une tension de fonctionnement de 48 Volts. 11. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la machine électrique tournante (23) est de type synchrone à aimants permanents.25