Brevet FR3123611A1 — publié le 20221209

L’invention concerne un ensemble de motorisation électrique (32) pour véhicule, comprenant un groupe motopropulseur électrique (33) muni d’une machine électrique (38), et un système d’alimentation électrique (34) relié au groupe motopropulseur électrique, le système d’alimentation électrique (34) comprenant un dispositif de stockage d’énergie électrique (39), un dispositif d’interruption de courant électrique (42), et un premier convertisseur de tension continue (40) relié en entrée, en un premier nœud de connexion (44), au dispositif de stockage d’énergie électrique (39), et fournissant une première sortie de tension continue (48, 50), le système d’alimentation électrique (34) comportant en outre un second convertisseur de tension continue (41) relié en entrée, en un second nœud de connexion (46), au groupe motopropulseur électrique (33), et fournissant une seconde sortie de tension continue (52, 54), le dispositif d’interruption de courant électrique (42) étant connecté entre les premier et second nœuds de connexion (44, 46). Fig. 3 ENSEMBLE DE MOTORISATION ELECTRIQUE POUR VEHICULE COMPRENANT DEUX CONVERTISSEURS DE TENSION CONTINU-CONTINU L’invention se rapporte à un ensemble de motorisation électrique pour véhicule, notamment automobile, comprenant un groupe motopropulseur électrique de traction du véhicule. L’invention se rapporte également à un véhicule, notamment automobile, comprenant un tel ensemble de motorisation électrique. Il est connu de l’état de la technique d’utiliser un système d’alimentation électrique basse tension redondé dans un véhicule électrique ou hybride série. Le système d’alimentation électrique basse tension fournit ainsi au véhicule une alimentation principale basse tension et une alimentation auxiliaire basse tension. La basse tension est typiquement une tension sensiblement égale à 12 V pour permettre l’alimentation électrique de certains composants ou modules du véhicule, tels que par exemple le système de direction, le système de freinage, ou autres. Un tel système d’alimentation électrique redondé permet, via l’alimentation auxiliaire, d’assurer la continuité de l’alimentation électrique de ces composants ou modules en cas de défaillance de l’alimentation principale. Ceci permet ainsi d’améliorer la sécurité du système. En particulier, une solution connue illustrée sur la consiste à prévoir un ensemble de motorisation électrique 2 pour véhicule comprenant un groupe motopropulseur électrique 3 et un tel système d’alimentation électrique 4 relié au groupe motopropulseur électrique 3. Le système d’alimentation électrique 4 comprend une première batterie électrique 6, une seconde batterie électrique 8, un convertisseur 10 d’une première tension continue haute tension en une deuxième tension continue basse tension, et un disjoncteur 12. La première batterie électrique 6 est la batterie principale servant à la traction du véhicule. La première batterie électrique 6 est en effet reliée au groupe motopropulseur électrique 3 du véhicule. Le groupe motopropulseur électrique 3 comporte un onduleur 16 et une machine électrique 18 connectée en sortie de l’onduleur 16. La seconde batterie électrique 8 est une batterie auxiliaire basse tension, typiquement une batterie présentant une tension nominale sensiblement égale à 12 V. Le convertisseur 10 d’une première tension continue haute tension en une deuxième tension continue basse tension est relié en entrée à un premier nœud de connexion 20 auquel sont également reliés la première batterie électrique 6 et le groupe motopropulseur électrique 3 ; et est relié en sortie à un deuxième nœud de connexion 22 connecté à la sortie d’alimentation principale basse tension 24. La seconde batterie électrique 8 est reliée à un troisième nœud de connexion 26 connecté à la sortie d’alimentation auxiliaire basse tension 28. Le disjoncteur 12 est connecté entre les deuxième et troisième nœuds de connexion 22, 26. En fonctionnement, lorsque le disjoncteur 12 est dans son état fermé (représenté sur la ), la sortie 28 fournit une alimentation électrique basse tension. La sortie d’alimentation basse tension principale 24 fournit également une alimentation électrique basse tension, à partir du courant haute tension produit par la première batterie électrique 6 et converti par le convertisseur de tension 10. Lorsqu’un court-circuit apparait dans le réseau d’alimentation principal, autrement dit dans le réseau comprenant la première batterie électrique 6 et le convertisseur de tension 10, le disjoncteur 12 passe dans son état ouvert illustré sur la et la seconde batterie électrique 8 continue de fournir une alimentation électrique basse tension à la sortie d’alimentation auxiliaire basse tension 28. Ceci permet ainsi d’assurer la redondance du système d’alimentation électrique basse tension. L’énergie fournie à la sortie d’alimentation auxiliaire basse tension 28 continue d’alimenter les systèmes de freinage et/ou de direction du véhicule, permettant alors à ces systèmes de mettre en sécurité le véhicule et de l’arrêter. Lorsqu’un court-circuit apparait dans le réseau d’alimentation auxiliaire, autrement dit dans le réseau comprenant la seconde batterie électrique 8, le disjoncteur 12 le disjoncteur 12 passe dans son état ouvert illustré sur la et le convertisseur de tension 10 fournit, à partir du courant haute tension produit par la première batterie électrique 6, une alimentation électrique basse tension à la sortie d’alimentation principale basse tension 24. Toutefois, un inconvénient d’un tel ensemble de motorisation électrique 2 pour véhicule est qu’il nécessite l’utilisation de deux batteries électriques 6, 8. En particulier, la seconde batterie auxiliaire 8 de tension nominale égale à 12 V est onéreuse à produire et présente un coût important en garantie, notamment lorsque le véhicule reste longtemps immobilisé, typiquement plusieurs semaines, par exemple au cours d’un stationnement sur un parking. En effet, lorsque le véhicule n’est pas utilisé, la seconde batterie auxiliaire 8 se décharge avec le temps. Or, pour assurer la sécurité et la redondance en continu du système 2, le véhicule ne peut pas être utilisé avec une telle batterie 8 déchargée ou dégradée. Cette contrainte impose de devoir changer fréquemment la seconde batterie 8, ce qui augmente considérablement le coût de garantie. Le but de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un ensemble de motorisation électrique pour véhicule, notamment automobile, comprenant un système d’alimentation électrique redondé apte à fournir une alimentation principale basse tension et une alimentation auxiliaire basse tension pour le véhicule, et ne nécessitant pas de recourir à une seconde batterie électrique additionnelle pour fournir l’alimentation auxiliaire basse tension. Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un ensemble de motorisation électrique pour véhicule, notamment automobile, comprenant un groupe motopropulseur électrique de traction du véhicule, le groupe motopropulseur électrique étant muni d’une machine électrique apte à fonctionner alternativement en mode moteur ou en mode générateur, et un système d’alimentation électrique relié au groupe motopropulseur électrique, le système d’alimentation électrique comprenant un dispositif de stockage d’énergie électrique, un premier convertisseur de tension apte à convertir une première tension continue en une deuxième tension continue, et un dispositif d’interruption de courant électrique relié au premier convertisseur de tension, le premier convertisseur de tension étant relié en entrée, en un premier nœud de connexion, au dispositif de stockage d’énergie électrique, et fournissant en sortie une première sortie de tension continue, dans lequel le système d’alimentation électrique comporte en outre un second convertisseur de tension apte à convertir une troisième tension continue en une quatrième tension continue, le second convertisseur de tension étant relié en entrée, en un second nœud de connexion, au groupe motopropulseur électrique, et fournissant en sortie une seconde sortie de tension continue, le dispositif d’interruption de courant électrique étant connecté entre les premier et second nœuds de connexion. Grâce à l’utilisation d’un second convertisseur de tension apte à convertir une troisième tension continue en une quatrième tension continue, l’ensemble de motorisation électrique selon l’invention permet d’utiliser l’énergie générée par la machine électrique lorsqu’elle fonctionne en mode générateur, pour fournir l’alimentation auxiliaire basse tension. La machine électrique fonctionne en effet en mode générateur lorsqu’elle est entraînée par l’inertie du véhicule (l’inertie du véhicule permet alors de transformer un couple mécanique en énergie électrique, par exemple lors d’un mode de freinage régénératif). Ceci permet d’éviter de recourir à une seconde batterie électrique additionnelle pour fournir l’alimentation auxiliaire basse tension dans l’ensemble de motorisation électrique, permettant notamment un gain de masse pour le système ainsi qu’une réduction des coûts. Cette énergie fournie à l’alimentation auxiliaire basse tension peut ensuite être distribuée à un système de freinage et/ou à un système de direction du véhicule, permettant alors à ces systèmes de mettre en sécurité le véhicule et de l’arrêter. Avantageusement, le système d’alimentation électrique comporte en outre un élément de stockage d’énergie électrique connecté entre la sortie du second convertisseur de tension et une masse électrique du véhicule. Ceci permet, lorsqu’un court-circuit apparait dans le réseau d’alimentation principal et que le dispositif d’interruption de courant électrique passe dans son état ouvert, de stocker de l’énergie électrique dans l’élément de stockage. Une fois le véhicule complètement arrêté, cette énergie électrique stockée peut ensuite être utilisée dans la sortie d’alimentation auxiliaire basse tension pour immobiliser le véhicule électrique ou hybride, par exemple via le frein de parking. En effet, une fois le véhicule arrêté, la chaine de traction du véhicule n’étant plus opérante, la machine électrique ne peut plus fonctionner en mode générateur pour alimenter la sortie d’alimentation auxiliaire basse tension. Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, l’élément de stockage d’énergie électrique est un condensateur ou une batterie de stockage électrique. De préférence, l’élément de stockage d’énergie électrique est une batterie de stockage électrique présentant une capacité comprise entre 1 Ah et 10 Ah. Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, le dispositif d’interruption de courant électrique est à commande automatique, de préférence est un disjoncteur. De préférence, chacun des premier et second convertisseurs de tension est un hacheur abaisseur. Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, le groupe motopropulseur électrique comporte, outre la machine électrique, un onduleur électrique, ledit onduleur électrique étant connecté entre le second nœud de connexion et la machine électrique. Selon une autre caractéristique technique particulière de l’invention, le dispositif de stockage d’énergie électrique est une batterie de stockage électrique, notamment une batterie de traction pour véhicule. De préférence, chacune des première et seconde sorties de tension continue présente une valeur de tension sensiblement égale à 12 V. L’invention se rapporte également à un véhicule, notamment automobile, comprenant un ensemble de motorisation électrique tel que décrit ci-dessus. De préférence, le véhicule comporte en outre un système de freinage et un système de direction, l’un au moins du système de freinage et du système de direction étant propre à être relié sélectivement à la première sortie de tension continue et/ou à la seconde sortie de tension continue de l’ensemble de motorisation électrique. Ceci permet d’assurer la continuité de l’alimentation électrique du système de freinage et/ou du système de direction en cas de défaillance de l’alimentation principale, permettant alors à ces systèmes de mettre en sécurité le véhicule et de l’arrêter. On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, des formes d’exécution de la présente invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles : illustre schématiquement un ensemble de motorisation électrique tel que connu de l’art antérieur, comprenant un disjoncteur, l’ensemble étant représenté dans une position de fermeture du disjoncteur ; illustre schématiquement l’ensemble de motorisation électrique de la , l’ensemble étant représenté dans une position d’ouverture du disjoncteur ; illustre schématiquement un ensemble de motorisation électrique selon un mode de réalisation de l’invention, comprenant un disjoncteur, l’ensemble étant représenté dans une position de fermeture du disjoncteur ; illustre schématiquement l’ensemble de motorisation électrique de la , l’ensemble étant représenté dans une position d’ouverture du disjoncteur. En référence aux figures 3 et 4 est illustré un ensemble de motorisation électrique 32 selon un mode de réalisation de l’invention. L’ensemble de motorisation électrique 32 est destiné à être installé au sein d’un véhicule, notamment automobile, typiquement un véhicule électrique ou un véhicule hybride (un tel véhicule n’étant pas représenté sur les figures). Le véhicule comporte typiquement un système de freinage et un système de direction, ces deux systèmes n’étant pas représentés sur les figures pour des raisons de clarté. L’ensemble de motorisation électrique 32 comprend un groupe motopropulseur électrique 33 de traction du véhicule, ainsi qu’un système d’alimentation électrique 34 relié au groupe motopropulseur électrique 33. Le groupe motopropulseur électrique 33 comporte un onduleur 36 et une machine électrique 38 connectée en sortie de l’onduleur 36. La machine électrique 38 est apte à fonctionner alternativement en mode moteur ou en mode générateur, selon le mode de fonctionnement actif du véhicule (mode moteur pour transformer de l’énergie électrique en couple mécanique, ou mode générateur lorsque l’inertie du véhicule permet de transformer un couple mécanique en énergie électrique, par exemple lors d’un mode de freinage régénératif). Le système d’alimentation électrique 34 comprend un dispositif de stockage d’énergie électrique 39, un premier convertisseur de tension 40, un second convertisseur de tension 41, et un dispositif d’interruption de courant électrique 42. De préférence, comme illustré dans le mode de réalisation particulier des figures 3 et 4, le système d’alimentation électrique 34 comporte en outre un élément de stockage d’énergie électrique 43. Le dispositif de stockage d’énergie électrique 39 est relié au groupe motopropulseur électrique 33 du véhicule, via le dispositif d’interruption de courant électrique 42, et sert ainsi à la traction du véhicule. Le dispositif de stockage d’énergie électrique 39 est connecté au dispositif d’interruption de courant électrique 42 en un premier nœud de connexion 44. Le dispositif d’interruption de courant électrique 42 est connecté au groupe motopropulseur électrique 33, plus précisément à l’onduleur 36 de ce groupe motopropulseur, en un deuxième nœud de connexion 46. Le dispositif de stockage d’énergie électrique 39 est par exemple une batterie de stockage électrique, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention. Le premier convertisseur de tension 40 est apte à convertir une tension continue haute tension en une tension continue basse tension. Le premier convertisseur de tension 40 est connecté en entrée au premier nœud de connexion 44. Le premier convertisseur de tension 40 est connecté en sortie à un troisième nœud de connexion 48 connecté à une sortie d’alimentation principale basse tension 50. La basse tension fournie en sortie du premier convertisseur de tension 40 est typiquement une tension sensiblement égale à 12 V. Le premier convertisseur de tension 40 est par exemple un hacheur abaisseur, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention. Le second convertisseur de tension 41 est apte à convertir une tension continue haute tension en une tension continue basse tension. Le second convertisseur de tension 41 est connecté en entrée au deuxième nœud de connexion 46. Le second convertisseur de tension 41 est connecté en sortie à un quatrième nœud de connexion 52 connecté à une sortie d’alimentation auxiliaire basse tension 54. La basse tension fournie en sortie du second convertisseur de tension 41 est typiquement une tension sensiblement égale à 12 V. Le second convertisseur de tension 41 est par exemple un hacheur abaisseur, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention. Le dispositif d’interruption de courant électrique 42 est par exemple un dispositif d’interruption de courant à commande automatique, de préférence un disjoncteur, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention. L’élément de stockage d’énergie électrique 43 est connecté entre le quatrième nœud de connexion 52 et une masse électrique 56 du véhicule. Selon une première variante de réalisation, l’élément de stockage d’énergie électrique 43 est un condensateur. Selon une seconde variante de réalisation, l’élément de stockage d’énergie électrique 43 est une batterie de stockage électrique. De préférence, la batterie de stockage électrique présente une capacité comprise entre 1 Ah et 10 Ah. Le système de freinage et/ou le système de direction du véhicule est (sont) relié(s) sélectivement à la sortie d’alimentation principale basse tension 50 et/ou à la sortie d’alimentation auxiliaire basse tension 54. En fonctionnement, lorsque le dispositif d’interruption de courant électrique 42 est dans son état fermé (représenté sur la ) et que le véhicule roule, chacune des sorties d’alimentation basse tension principale et auxiliaire 50, 54 fournit à tour de rôle une alimentation électrique basse tension. La sortie d’alimentation basse tension principale 50 fournit une alimentation électrique basse tension à partir du courant haute tension produit par le dispositif de stockage d’énergie électrique 39 et converti par le premier convertisseur de tension 40 lorsque la machine électrique 38 fonctionne en mode moteur. La sortie d’alimentation basse tension auxiliaire 54 fournit une alimentation électrique basse tension à partir du courant haute tension produit par la machine électrique 38 et converti par le second convertisseur de tension 41. Lorsqu’un court-circuit apparait dans le réseau d’alimentation principal, autrement dit dans le réseau comprenant le dispositif de stockage d’énergie électrique 39 et le premier convertisseur de tension 40, le dispositif d’interruption de courant 42 passe dans son état ouvert illustré sur la et le second convertisseur de tension 41 fournit, à partir du courant haute tension produit par la machine électrique 38 en mode générateur, une alimentation électrique basse tension à la sortie d’alimentation auxiliaire basse tension 54. Ceci permet ainsi d’assurer la redondance du système d’alimentation électrique basse tension. L’énergie fournie à la sortie d’alimentation auxiliaire basse tension 54 peut ensuite être distribuée au système de freinage et/ou au système de direction du véhicule, permettant alors à ces systèmes de mettre en sécurité le véhicule et de l’arrêter. Lorsqu’un court-circuit apparait dans le réseau d’alimentation comprenant l’onduleur 36, le dispositif d’interruption de courant 42 passe dans son état ouvert illustré sur la et le premier convertisseur de tension 40 fournit, à partir du courant haute tension produit par le dispositif de stockage d’énergie électrique 39, une alimentation électrique basse tension à la sortie d’alimentation principale basse tension 50. Ensemble de motorisation électrique (32) pour véhicule, notamment automobile, comprenant un groupe motopropulseur électrique (33) de traction du véhicule, le groupe motopropulseur électrique (33) étant muni d’une machine électrique (38) apte à fonctionner alternativement en mode moteur ou en mode générateur, et un système d’alimentation électrique (34) relié au groupe motopropulseur électrique (33), le système d’alimentation électrique (34) comprenant un dispositif de stockage d’énergie électrique (39), un premier convertisseur de tension (40) apte à convertir une première tension continue en une deuxième tension continue, et un dispositif d’interruption de courant électrique (42) relié au premier convertisseur de tension (40), le premier convertisseur de tension (40) étant relié en entrée, en un premier nœud de connexion (44), au dispositif de stockage d’énergie électrique (39), et fournissant en sortie une première sortie de tension continue (48, 50), caractérisé en ce que le système d’alimentation électrique (34) comporte en outre un second convertisseur de tension (41) apte à convertir une troisième tension continue en une quatrième tension continue, le second convertisseur de tension (41) étant relié en entrée, en un second nœud de connexion (46), au groupe motopropulseur électrique (33), et fournissant en sortie une seconde sortie de tension continue (52, 54), le dispositif d’interruption de courant électrique (42) étant connecté entre les premier et second nœuds de connexion (44, 46). Ensemble de motorisation électrique (32) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d’alimentation électrique (34) comporte en outre un élément de stockage d’énergie électrique (43) connecté entre la sortie (52) du second convertisseur de tension (41) et une masse électrique (56) du véhicule. Ensemble de motorisation électrique (32) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’élément de stockage d’énergie électrique (43) est un condensateur ou une batterie de stockage électrique. Ensemble de motorisation électrique (32) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’élément de stockage d’énergie électrique (43) est une batterie de stockage électrique présentant une capacité comprise entre 1 Ah et 10 Ah. Ensemble de motorisation électrique (32) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif d’interruption de courant électrique (42) est à commande automatique, de préférence est un disjoncteur. Ensemble de motorisation électrique (32) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chacun des premier et second convertisseurs de tension (40, 41) est un hacheur abaisseur. Ensemble de motorisation électrique (32) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le groupe motopropulseur électrique (33) comporte, outre la machine électrique (38), un onduleur électrique (36), ledit onduleur électrique (36) étant connecté entre le second nœud de connexion (46) et la machine électrique (38). Ensemble de motorisation électrique (32) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de stockage d’énergie électrique (39) est une batterie de stockage électrique, notamment une batterie de traction pour véhicule. Véhicule, notamment automobile, caractérisé en ce qu’il comporte un ensemble de motorisation électrique (32) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un système de freinage et un système de direction, l’un au moins du système de freinage et du système de direction étant propre à être relié sélectivement à la première sortie de tension continue (50) et/ou à la seconde sortie de tension continue (54) de l’ensemble de motorisation électrique (32).