Brevet FR3077702A1 — publié le 20190809

DISPOSITIF DE CONTRÔLE DE L'ALIMENTATION DE MOYENS DE CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE D'UN SYSTÈME, EN FONCTION DE LA PUISSANCE ÉLECTRIQUE DISPONIBLE L'invention concerne les systèmes qui comprennent plusieurs moyens de chauffage électrique, et plus précisément le contrôle de l'alimentation électrique de ces moyens de chauffage électrique. Certains systèmes, comme par exemple certains véhicules 1 o (éventuellement automobiles), comprennent au moins un producteur d'énergie électrique couplé en parallèle à un réseau de consommation électrique et au moins deux moyens de chauffage électrique, comme par exemple des résistances chauffantes (éventuellement de type CTP (« Coefficient de Température Positif »). L'utilisation de plusieurs moyens de chauffage 15 électrique est généralement destinée à permettre un chauffage en plusieurs endroits, par exemple d'un habitacle de véhicule, et/ou une modulation importante de la puissance de chauffage. Actuellement, la plupart des moyens de chauffage électrique sont contrôlés par des interrupteurs selon un mode de type tout ou rien (ou 20 chacun des moyens d'interruption peut avoir au moins un premier état discret non passant dans lequel il empêche totalement l'alimentation en puissance électrique du moyen de chauffage électrique associé, et un second état discret passant dans lequel il alimente le moyen de chauffage électrique associé avec une puissance électrique égale à 100% d'une puissance prédéfinie. Dans ce cas, les moyens de commande peuvent générer des commandes dites à modulation de largeur d'impulsion (ou PWM) en fonction des première et seconde valeurs et de la puissance électrique maximale ; lorsque le système comprend également au moins un stockeur d'énergie électrique couplé en parallèle au réseau de consommation électrique et à chaque producteur d'énergie électrique, ses moyens de contrôle peuvent contrôler de façon individualisée l'alimentation de chacun des moyens de chauffage électrique par au moins un producteur d'énergie électrique en fonction en outre d'un état en cours du stockeur d'énergie électrique. L'invention propose également un système comprenant au moins un producteur d'énergie électrique couplé en parallèle à un réseau de consommation électrique et au moins un moyen de chauffage électrique, et un dispositif de contrôle du type de celui présenté ci-avant. Le système selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - il peut comprendre au moins un stockeur d'énergie électrique couplé en parallèle au réseau de consommation électrique et à chaque producteur d'énergie électrique ; 4 il peut constituer un véhicule, éventuellement de type automobile ; > chaque producteur d'énergie électrique peut être choisi parmi un alternateur, un alterno-démarreur, un convertisseur de type DC/DC, un convertisseur de type AC/DC, un panneau solaire et une prise de 5 recharge ; > il peut comprendre une chaîne de transmission de type tout électrique ou de type hybride ou encore de type thermique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur 1 o lesquels : la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un système comprenant des producteurs d'énergie électrique, couplés en parallèle à un stockeur d'énergie électrique, un réseau de consommation électrique et des moyens de chauffage électrique, et un exemple de réalisation d'un dispositif 15 de contrôle selon l'invention, la figure 2 illustre schématiquement un exemple de diagramme d'évolution temporelle (t) des puissances électriques totale (petot) et maximale (pemf) que peut fournir un producteur d'énergie électrique d'un système et du besoin en puissance électrique (v1) du réseau de consommation électrique 20 de ce système, et la figure 3 illustre schématiquement un exemple de diagramme d'évolution temporelle (t) du besoin en puissance électrique (v1) du réseau de consommation électrique d'un système, du besoin en puissance électrique (c2) de la combinaison de ce réseau de consommation électrique et des 25 moyens de chauffage électrique de ce système, et des puissances électrique (pek) effectivement fournies à ces différents moyens de chauffage électrique. L'invention a notamment pour but de proposer un dispositif de contrôle DC destiné à équiper un système S comportant au moins un producteur 30 d'énergie électrique PEj, couplé en parallèle à un réseau de consommation électrique RC et au moins un moyen de chauffage électrique MCEk, et à contrôler la fourniture de puissance électrique à ces derniers (MCEk). Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le 5 système S est un véhicule, éventuellement de type automobile, comme par exemple une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de système. Elle concerne en effet les véhicules (terrestres, maritimes (ou fluviaux) et aériens), les installations (éventuellement industrielles), et les bâtiments. 5 Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que le véhicule S comprend une chaîne de transmission de type tout électrique ou de type hybride. Mais cela n'est pas obligatoire. En effet, la chaîne de transmission pourrait être de type thermique (c'est-à-dire comprenant au moins un moteur thermique consommant du carburant). 10 On a schématiquement représenté sur la figure 1 un système (ici un véhicule) S comprenant deux producteurs d'énergie électrique PEj (j = 1 ou 2), couplés en parallèle à un stockeur d'énergie électrique SE, un réseau de consommation électrique RC et trois moyens de chauffage électrique MCEk (k = 1 à 3), et un exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle DC selon 15 l'invention. Il est important de noter que la mise en oeuvre de l'invention ne nécessite pas que le système S comporte au moins un stockeur d'énergie électrique SE. Il pourrait ne pas comporter de stockeur d'énergie électrique ou bien comporter plusieurs (au moins deux) stockeurs d'énergie électrique. De 20 même, la mise en oeuvre de l'invention ne nécessite pas que le système S comporte plusieurs producteurs d'énergie électrique PEj. Il faut cependant que le système S comporte au moins un producteur d'énergie électrique PEj. Egalement de même, la mise en oeuvre de l'invention ne nécessite pas que le système S comporte trois moyens de chauffage électrique MCEk. Il faut 25 cependant que le système S comporte au moins un moyen de chauffage électrique MCEk. Selon le système S, et selon ses besoins, le stockeur d'énergie électrique SE peut être de type très basse tension, basse tension, ou haute tension. Ainsi, il peut s'agir d'une batterie de servitude, par exemple ayant une 30 tension comprise entre 12 V et 24 V, ou d'une batterie principale alimentant une machine motrice électrique et par exemple ayant une tension comprise entre 48 V et 600 V. Le réseau de consommation RC comporte au moins un organe 6 consommateur de puissance électrique. A titre d'exemples non limitatifs, un tel organe peut être un calculateur, un capteur, un combiné d'affichage, des essuie-glaces, une direction assistée électrique, un turbo compresseur électrique, des suspensions électriques, un moteur (ou machine) électrique, ou 5 un système de gestion des arrêts/démarrages d'un moteur. Chaque moyen de chauffage électrique MCEk est par exemple une résistance chauffante, éventuellement de type CTP (Coefficient de Température Positif). Lorsque le système S est un véhicule, un producteur d'énergie 1 o électrique PEj peut, par exemple, être un alternateur (très basse tension ou basse tension), un alterno-démarreur (très basse tension ou basse tension), un convertisseur de type DC/DC (« Direct Current/Direct Current »), un convertisseur de type AC/DC (« Alternative Current/Direct Current »), un panneau solaire (très basse tension ou basse tension), ou une prise de 15 recharge permettant la recharge d'un stockeur d'énergie électrique SE par connexion à un réseau électrique ou une borne de recharge. Comme illustré sur la figure 1, un dispositif de contrôle DC, selon l'invention, comprend des moyens de contrôle MCT qui sont destinés à être installés entre chaque producteur d'énergie électrique PEj et le(s) moyen(s) de 20 chauffage électrique MCEk. Ces moyens de contrôle MCT sont agencés de manière à contrôler, de façon individualisée, l'alimentation de chacun des moyens de chauffage électrique MCEk par au moins un producteur d'énergie électrique PEj, en fonction de première v1 et seconde v2 valeurs qui définissent des besoins de puissance électrique respectivement pour le réseau 25 de consommation électrique RC et les moyens de chauffage électrique MCEk à l'instant t considéré, et d'une puissance électrique maximale pemf que peu(ven)t fournir ce(s) producteur(s) d'énergie électrique PEj à cet instant t. Comme illustré sur la figure 1, ces première v1 et seconde v2 valeurs peuvent être fournies aux moyens de contrôle MCT par un calculateur de 30 supervision CS qui est chargé de superviser le fonctionnement du système (ici un véhicule) S, et en particulier tout ce qui concerne la consommation de puissance électrique. Comme illustré non limitativement sur la figure 1, ce calculateur de supervision CS peut, par exemple, être chargé de fournir à 7 chaque producteur d'énergie électrique PEj une information de pilotage définissant la puissance électrique totale qu'il doit produire, par exemple pour brider ou augmenter temporairement la capacité de production d'électricité. Egalement comme illustré non limitativement sur la figure 1, chaque 5 producteur d'énergie électrique PEj peut transmettre au calculateur de supervision CS et aux moyens de contrôle MCT au moins une information représentative de son état en cours, afin qu'ils puissent en tenir compte en cas de problème, par exemple en modifiant la valeur de la puissance électrique maximale pemf. 1 o Chacune des première v1 et seconde v2 valeurs peut, par exemple être un pourcentage compris entre 0% et 100% de la puissance électrique maximale que peut fournir le système S à l'instant t considéré. On notera que ces première v1 et seconde v2 valeurs peuvent évoluer de façon linéaire entre 0% et 100% ou bien par palier (par exemple par incrément ou décrément de 15 20%). La puissance électrique maximale pemf peut être également fournie aux moyens de contrôle MCT par le calculateur de supervision CS. Cette puissance électrique maximale pemf peut éventuellement varier en fonction du type du producteur d'énergie électrique PEj (et donc de sa capacité de 20 production). Par ailleurs, cette puissance électrique maximale pemf peut être paramétrable. On a schématiquement représenté sur la figure 2 un exemple de diagramme d'évolution temporelle (t) des puissances électriques totale petot et maximale pemf que peut fournir un producteur d'énergie électrique PEj du 25 système S et du besoin v1 en puissance électrique du réseau de consommation électrique RC du système S. Dans ce diagramme apparaissent une première zone Z1 qui représente la puissance électrique v1 demandée et consommée à chaque instant t par le réseau de consommation électrique RC, une deuxième zone Z2 qui représente la puissance électrique utilisable à 30 chaque instant t par les moyens de chauffage électrique MCEk compte tenu de v1 et de la puissance électrique maximale pemf, et une troisième zone Z3 qui représente la puissance électrique de réserve pour le système S compte tenu des puissances électriques totale petot et maximale pemf. 8 Grâce à l'invention, on maximise la puissance électrique fournie par un producteur d'énergie électrique PEj tout en maintenant cette puissance à une valeur qui est inférieure à la puissance électrique maximale pemf. Cela permet d'optimiser la puissance électrique fournie aux moyens de chauffage électrique 5 MCEk en prélevant la puissance électrique maximale au niveau du producteur d'énergie électrique PEj, tout en garantissant la qualité du réseau de consommation électrique RC ainsi que l'état de charge de chaque éventuel stockeur d'énergie électrique SE. Il en résulte une amélioration de la puissance thermique restituée par les moyens de chauffage électrique MCEk 1 o grâce à l'optimisation de la puissance prélevée sur le producteur PEj (stratégie PWM) (par exemple en présence d'un climat froid ou très froid). En outre, cela permet d'éviter d'avoir à utiliser des producteurs d'énergie électrique en plus grand nombre et/ou plus puissants. On notera, comme illustré non limitativement sur la figure 1, que les 15 moyens de contrôle MCT peuvent comprendre des moyens d'interruption Mlk et des moyens de commande MCD. Les moyens d'interruption Mlk font partie d'un module d'interruption MOI qui est connecté en parallèle aux producteurs d'énergie électrique PEj et au réseau de consommation électrique RC, ainsi qu'à l'éventuel stockeur 20 d'énergie électrique SE. Le nombre de ces moyens d'interruption Mlk est égal au nombre de moyens de chauffage électrique MCEk. Par conséquent, dans l'exemple illustré non limitativement sur la figure 1 le module d'interruption MOI comprend trois moyens d'interruption MI1 à MI3. Chaque moyen d'interruption Mlk est destiné à être installé entre 25 chaque producteur d'énergie électrique PEj et un moyen de chauffage électrique MCEk associé et à alimenter ce dernier (MCEk) avec une puissance électrique qui est fonction d'une commande. Par exemple, chaque moyen d'interruption Mlk peut comprendre des commutateurs électroniques de type MOSFET ou IGBT ( « lnsulated Gate 30 Bipolar Transistor » - transistor bipolaire à grille isolée). Les moyens de commande MCD sont agencés de manière à générer chacune des commandes destinées aux différents moyens de chauffage électrique MCEk, en fonction des première v1 et seconde v2 valeurs et de la 9 puissance électrique maximale pemf. On notera que les moyens de contrôle MC peuvent générer des commandes analogiques (au moyen de composants électroniques) ou bien numériques (au moyen, par exemple, d'un microcontrôleur). 5 Par exemple, chacun des moyens d'interruption Mlk peut avoir au moins un premier état discret non passant dans lequel il empêche totalement l'alimentation en puissance électrique du moyen de chauffage électrique MCEk associé, et un second état discret (totalement) passant dans lequel il alimente le moyen de chauffage électrique MCEk associé avec une puissance 1 o électrique qui est égale à 100% d'une puissance maximale prédéfinie. Dans ce cas, les moyens de commande MCD peuvent générer des commandes dites à modulation de largeur d'impulsion (ou PWM (« Pulse Width Modulation »)) en fonction des première v1 et seconde v2 valeurs et de la puissance électrique maximale pemf. 15 La puissance maximale prédéfinie est, par exemple, égale au rapport entre, d'une part, la différence entre la puissance électrique maximale pemf et la puissance électrique fournie au réseau de consommation électrique RC, et, d'autre part, le nombre de moyens de chauffage électrique MCEk. En variante, chacun des moyens d'interruption Mlk peut être agencé 20 de manière à alimenter le moyen de chauffage électrique MCEk associé avec une puissance électrique qui varie sensiblement linéairement entre 0% de la puissance maximale prédéfinie et 100% de cette puissance maximale prédéfinie. On a schématiquement représenté sur la figure 3 un exemple de 25 diagramme d'évolution temporelle (t) du besoin en puissance électrique v1 du réseau de consommation électrique RC du système S, du besoin en puissance électrique c2 de la combinaison de ce réseau de consommation électrique RC et des trois moyens de chauffage électrique MCEk, et des puissances électriques pek effectivement fournies à ces trois moyens de 30 chauffage électrique MCEk. Comme on peut l'observer, entre les instants tO et t1, le besoin en puissance électrique c2 de la combinaison du réseau de consommation électrique RC et des trois moyens de chauffage électrique MCEk est 10 strictement inférieur à la puissance électrique maximale pemf. Par conséquent, les moyens de commande MCD adressent aux premier MI1, deuxième MI2 et troisième MI3 moyens d'interruption des commandes les plaçant dans leur premier état passant afin qu'ils alimentent à 100% les premier MCE1, 5 deuxième MCE2 et troisième MCE3 moyens de chauffage électrique pour qu'ils offrent chacun une puissance de chauffage maximale. Entre les instants t1 et t2, le besoin en puissance électrique c2 de la combinaison du réseau de consommation électrique RC et des trois moyens de chauffage électrique MCEk est strictement supérieur à la puissance 1 o électrique maximale pemf. De plus, la puissance électrique disponible pour les trois moyens de chauffage électrique MCEk n'est pas suffisante pour les alimenter tous les trois à 100%. Par conséquent, les moyens de commande MCD adressent, d'une part, aux premier MI1 et deuxième MI2 moyens d'interruption des commandes les plaçant dans leur premier état passant afin 15 qu'ils alimentent à 100% les premier MCE1 et deuxième MCE2 moyens de chauffage électrique, et, d'autre part, au troisième moyen d'interruption MI3 une commande induisant une alimentation partielle (par exemple 20%) du troisième moyen de chauffage électrique MCE3. Après l'instant t2, le besoin en puissance électrique c2 de la 20 combinaison du réseau de consommation électrique RC et des trois moyens de chauffage électrique MCEk est encore plus grand qu'entre les instants t1 et t2, et la puissance électrique disponible pour les trois moyens de chauffage électrique MCEk ne permet d'alimenter qu'un seul moyen de chauffage électrique à 100% et un autre partiellement. Par conséquent, les moyens de 25 commande MCD adressent, d'une première part, au premier moyen d'interruption MI1 une commande le plaçant dans son premier état passant afin qu'il alimente à 100% le premier moyen de chauffage électrique MCE1, d'une deuxième part, au deuxième moyen d'interruption MI2 une commande induisant une alimentation partielle (par exemple 60%) du deuxième moyen de 30 chauffage électrique MCE, et, d'une troisième part, au troisième moyen d'interruption MI3 une commande le plaçant dans son second état non passant afin qu'il empêche l'alimentation du troisième moyen de chauffage électrique MCE3. 11 On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 1, que lorsque le système S comprend au moins un stockeur d'énergie électrique SE couplé en parallèle au réseau de consommation électrique RC et à chaque producteur d'énergie électrique PEj, ses moyens de contrôle MCT peuvent 5 contrôler de façon individualisée l'alimentation de chacun des moyens de chauffage électrique MCEk par au moins un producteur d'énergie électrique PEj en fonction également d'un état en cours du stockeur d'énergie électrique SE. Cet état en cours du stockeur d'énergie électrique SE est fourni par ce dernier (SE) au calculateur de supervision CS et aux moyens de contrôle MCT 10 (et plus précisément aux moyens de commande MCD), comme illustré non limitativement sur la figure 1. Par ailleurs, cet état en cours peut, par exemple, être défini par un état de charge (ou SOC (« State Of Charge »)) et/ou une température et/ou une tension et/ou un courant. Lorsque le stockeur d'énergie électrique SE est utilisé en tant que producteur (et donc qu'aucun producteur 15 d'énergie électrique PEj ne produit de puissance électrique), le dispositif de contrôle DC détermine les consignes de pilotage non plus avec les informations des producteurs d'énergie électrique PEj mais en fonction de l'état du stockeur d'énergie REVENDICATIONS1. Dispositif de contrôle (DC) pour un système (S) comprenant au moins un producteur d'énergie électrique (PEj) couplé en parallèle à un réseau de consommation électrique (RC) et au moins un moyen de chauffage électrique (MCEk), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle (MCT), destinés à être installés entre chaque producteur d'énergie électrique (PEj) et lesdits moyens de chauffage électrique (MCEk), et contrôlant de façon individualisée l'alimentation de chacun de ces derniers (MCEk) par au moins 1 o un producteur d'énergie électrique (PEj) en fonction de première et seconde valeurs définissant des besoins de puissance électrique respectivement pour ledit réseau de consommation électrique (RC) et lesdits moyens de chauffage électrique (MCEk), et d'une puissance électrique maximale que peut fournir ce producteur d'énergie électrique (PEj). 15 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MCT) comprennent i) des moyens d'interruption (Mlk) en nombre égal au nombre de moyens de chauffage électrique (MCEk) et destinés chacun à être installés entre chaque producteur d'énergie électrique (PEj) et l'un desdits moyens de chauffage électrique (MCEk) et à alimenter ce 20 dernier (MCEk) avec une puissance électrique fonction d'une commande, et ii) des moyens de commande (MCD) générant chacune desdites commandes en fonction desdites première et seconde valeurs et de ladite puissance électrique maximale. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun 25 desdits moyens d'interruption (Mlk) a au moins un premier état discret non passant dans lequel il empêche totalement l'alimentation en puissance électrique du moyen de chauffage électrique (MCEk) associé, et un second état discret passant dans lequel il alimente le moyen de chauffage électrique (MCEk) associé avec une puissance électrique égale à 100% d'une puissance 30 maximale prédéfinie, et en ce que lesdits moyens de commande (MCD) génèrent des commandes dites à modulation de largeur d'impulsion en fonction desdites première et seconde valeurs et de ladite puissance électrique maximale. 13 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, lorsque ledit système (S) comprend en outre au moins un stockeur d'énergie électrique (SE) couplé en parallèle audit réseau de consommation électrique (RC) et à chaque producteur d'énergie électrique (PEj), lesdits moyens de 5 contrôle (MCT) contrôlent de façon individualisée l'alimentation de chacun desdits moyens de chauffage électrique (MCEk) par au moins un producteur d'énergie électrique (PEj) en fonction en outre d'un état en cours dudit stockeur d'énergie électrique (SE). 5. Système (S) comprenant au moins un producteur d'énergie 1 o électrique (PEj) couplé en parallèle à un réseau de consommation électrique (RC) et au moins un moyen de chauffage électrique (MCEk), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de contrôle (DC) selon l'une des revendications précédentes. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend 15 au moins un stockeur d'énergie électrique (SE) couplé en parallèle audit réseau de consommation électrique (RC) et à chaque producteur d'énergie électrique (PEj). 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il constitue un véhicule. 20 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque producteur d'énergie électrique (PEj) est choisi parmi un alternateur, un alterno-démarreur, un convertisseur de type DC/DC, un convertisseur de type AC/DC, un panneau solaire et une prise de recharge. 9. Système selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il 25 comprend une chaîne de transmission de type tout électrique ou de type hybride ou encore de type thermique. 10. Système selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il constitue un véhicule automobile.