Brevet FR3149552A1 — publié le 20241213

Système de traction d’un véhicule ferroviaire et véhicule ferroviaire associé Système de traction (12) d’un véhicule ferroviaire (10) comprenant un moteur électrique de traction (18), une batterie de traction (22) présentant une tension de traction ayant un valeur nominale supérieure ou égale à 800 V, la batterie de traction (22) étant reliée au moteur électrique de traction (18), le système de traction (12) comprenant en outre un moteur à combustion (20) et un dispositif de démarrage (26) configuré pour démarrer le moteur à combustion (20), le dispositif de démarrage (26) étant relié à la batterie de traction (22) par une liaison d’alimentation (28) agencée pour alimenter le dispositif de démarrage (26) par une tension de démarrage strictement inférieure à la tension de traction. Figure pour l'abrégé : Figure 1 Système de traction d’un véhicule ferroviaire et véhicule ferroviaire associé La présente invention concerne un système de traction d’un véhicule ferroviaire. L’invention concerne en outre un véhicule ferroviaire comprenant un tel système de traction. L’invention concerne le domaine des véhicules ferroviaires, en particulier des véhicules ferroviaires hybrides. Les véhicules ferroviaires hybrides comprennent, pour la traction, un moteur à combustion et un moteur électrique alimenté par exemple par une batterie de traction de forte capacité. Pour démarrer le moteur à combustion, certains véhicules ferroviaires comprennent un démarreur électrique. Le démarreur est alimenté par une batterie dédiée à l’alimentation de ce démarreur. En outre, de tels véhicules ferroviaires comprennent par exemple une batterie de bord pour l’alimentation d’un réseau de bord. Toutefois, il n’est pas possible, pour diverses raisons, d’utiliser cette batterie de bord pour l’alimentation du démarreur. En effet, lors de l’alimentation du démarreur, un courant fort passe par le démarreur, résultant en une chute de la tension de la batterie alimentant le démarreur. Certains équipements de bord ne tolèrent pas une telle chute de tension, et cette forte chute de tension résulte par exemple dans un dysfonctionnement, voire un endommagement, de ces équipements. Par conséquent, il convient d’alimenter le démarreur non pas par la batterie de bord, mais par la batterie dédiée. Un tel véhicule ferroviaire hybride, comprenant un moteur à combustion et un moteur électrique pour la traction, est relativement lourd compte tenu du grand nombre de systèmes et batteries. Un but de l’invention est alors d’obtenir un système de traction d’un véhicule ferroviaire comprenant un moteur électrique de traction et un moteur à combustion, qui est plus léger et/ou qui comprend un nombre réduit de composants. À cet effet, la présente invention a pour objet un système de traction d’un véhicule ferroviaire comprenant un moteur électrique de traction, une batterie de traction présentant une tension de traction ayant un valeur nominale supérieure ou égale à 800 V, la batterie de traction étant reliée au moteur électrique de traction, le système de traction comprenant en outre un moteur à combustion et un dispositif de démarrage configuré pour démarrer le moteur à combustion, le dispositif de démarrage étant relié à la batterie de traction par une liaison d’alimentation agencée pour alimenter le dispositif de démarrage par une tension de démarrage strictement inférieure à la tension de traction. En effet, le système de traction selon l’invention permet d’alimenter le dispositif de démarrage du moteur à combustion par la batterie de traction qui est déjà présente dans le système de traction. En particulier, le fait d’agencer la liaison d’alimentation de manière à alimenter le dispositif de démarrage par la tension de démarrage, permet d’obtenir un système de traction particulièrement léger. Le système de traction selon l’invention permet notamment de s’affranchir d’une batterie dédiée exclusivement à l’alimentation du dispositif de démarrage. Aussi, l’utilisation de la batterie de traction permet de faciliter le rechargement des batteries, parce qu’aucune batterie dédiée uniquement à l’alimentation du dispositif de démarrage n’est rechargée. Enfin, l’utilisation de la batterie de traction présentant une tension d’au moins 800 V devient possible dans le cadre des véhicules ferroviaires, parce que la capacité de cette batterie et sa tension sont très élevées. Par conséquent, l’alimentation du dispositif de démarrage n’influe pas ou seulement très peu sur la tension de traction de la batterie de traction. Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le système de traction comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - la tension de démarrage est comprise entre 10 et 30 V ; - la batterie de traction comprend au moins un banc de batteries comprenant une pluralité d’éléments de batterie connectés en série, de préférence la batterie de traction comprenant plusieurs bancs de batteries connectées parallèlement l’un par rapport à l’autre ; - chaque élément de batterie présente une tension ayant une valeur nominale sensiblement égale à 1,2 V ; - la liaison d’alimentation comprend un premier câble reliant le dispositif de démarrage à une borne intermédiaire de la batterie de traction, la borne intermédiaire étant électriquement connectée à l’un du ou des banc(s) de batteries, dit banc d’alimentation de démarrage, entre deux éléments de batterie voisins de la pluralité d’éléments de batterie reliés en série dudit banc d’alimentation de démarrage ; - la liaison d’alimentation comprend un second câble reliant le dispositif de démarrage à une extrémité dudit banc d’alimentation de démarrage, l’extrémité présentant de préférence une tension sensiblement égale à zéro par rapport à la masse ; - la batterie de traction comprend deux bornes de tension présentant entre elles la tension de traction et étant reliées au moteur électrique de traction ; - la batterie de traction comprend au moins un interrupteur configuré pour séparer électriquement l’une des bornes de tension du ou des banc(s) de batteries, et/ou dans lequel la batterie de traction comprend, pour le ou chaque banc de batteries, un fusible ou un interrupteur configuré pour séparer électriquement ce banc de batteries de l’une des bornes de tension ; - la batterie de traction est une batterie lithium-ion ; - la batterie de traction comprend un contrôleur configuré pour autoriser une alimentation du dispositif de démarrage par la tension de démarrage lorsque la tension de traction est supérieure à un seuil prédéterminé, et/ou lorsqu’une température de la batterie de traction est comprise dans une gamme prédéterminée de températures ; - le dispositif de démarrage comprend un moteur de démarrage configuré pour démarrer le moteur à combustion. La présente invention a également pour objet un véhicule ferroviaire comprenant un système de traction tel que décrit ci-dessus. Suivant un aspect avantageux de l’invention, le véhicule ferroviaire comprend en outre une batterie de bord, distincte de la batterie de traction, configurée pour alimenter un réseau de bord du véhicule ferroviaire. Les caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence au dessin annexé sur lequel : - La est une vue schématique d’une partie d’un véhicule ferroviaire comprenant un système de traction selon l’invention. En référence à la , un véhicule ferroviaire 10 comprend un système de traction 12 configuré pour tracter le véhicule ferroviaire 10. Le véhicule ferroviaire 10 est notamment un véhicule hybride, comportant notamment deux moteurs de traction de types différents. Le véhicule ferroviaire 10 comprend en outre par exemple une batterie de bord 14, et un réseau de bord 16. La batterie de bord 14 est notamment distincte du système de traction 12. La batterie de bord 14 est en particulier configurée pour alimenter le réseau de bord 16, en particulier par une basse tension, telle qu’une tension sensiblement égale à 24 V. Le système de traction 12 comprend un moteur électrique de traction 18, un moteur à combustion 20, une batterie de traction 22, un bus de traction 24, un dispositif de démarrage 26 et une liaison d’alimentation 28. Le moteur électrique de traction 18 est configuré pour tracter le véhicule ferroviaire. En particulier, le moteur électrique de traction 18 est connecté à la batterie de traction 22 par le bus de traction 24. Le moteur électrique de traction 18 est configuré pour être alimenté par une tension de traction de la batterie de traction 22. En complément optionnel, le moteur électrique de traction 18 est configuré pour fonctionner en mode récupérateur, en alimentant électriquement la batterie de traction 22. Le moteur à combustion 20 est par exemple un moteur diesel. Selon un exemple, le système de traction 12 comprend plusieurs moteurs à combustion 20. Le moteur à combustion 20 est par exemple configuré pour tracter le véhicule ferroviaire 10 et/ou forme un générateur configuré pour alimenter électriquement la batterie de traction 22. Le moteur de combustion 20 est configuré pour être démarré par le dispositif de démarrage 26. La batterie de traction 22 est de préférence une batterie lithium-ion. La batterie de traction est en particulier configurée pour fournir un courant continu. La batterie de traction 22 a en particulier une capacité d’au moins 50 kWh, de préférence d’au moins 100 kWh, de préférence encore de plusieurs centaines de kWh. La batterie de traction 22 présente la tension de traction. La tension de traction a une valeur nominale supérieure ou égale à 800 V. De préférence, la valeur nominale est comprise entre 800 V et 1000 V. Par « valeur nominale », il est entendu une valeur de la tension prédéterminée, en particulier lorsque la batterie de traction 22 présente un état de chargement supérieur à un seuil inférieur prédéterminé. La tension de traction présente une valeur strictement supérieure à une valeur d’une tension de démarrage avec laquelle le dispositif de démarrage 26 est alimenté pour démarrer le moteur à combustion 20. De préférence, la tension de traction a un ordre de grandeur différent d’un ordre de grandeur de la valeur de la tension de démarrage. De préférence, la batterie de traction 22 présente une charge électrique très élevée, en particulier d’un ou plusieurs ordre(s) de grandeur supérieur(s) par rapport à un ordre de grandeur d’une charge électrique utilisée par le dispositif de démarrage 26 pour démarrer le moteur à combustion 20. Cela a en particulier pour effet de pouvoir utiliser la batterie de traction 22 sans risquer par exemple une chute importante de la tension de traction. La batterie de traction 22 comprend en particulier deux bornes de tension 30, 32. Les deux bornes de tension 30, 32 présentent entre elles la tension de traction. En particulier, les deux bornes de tension 30, 32 sont reliées au moteur électrique de traction 18. La batterie de traction 22 comprend en outre au moins un banc de batteries 34. De préférence, la batterie de traction 22 comprend plusieurs bancs de batteries 34 connectés parallèlement l’un par rapport à l’autre, par exemple N bancs de batteries. Le nombre N est supérieur ou égal à 2. De préférence, le nombre N est supérieur ou égal à 10, plus préférablement encore supérieur ou égal à 12. Par exemple, en référence à la , la batterie de traction 22 comprend le banc de batteries 34-1, le banc de batteries 34-2 et le banc de batteries 34-N. Chaque banc de batteries 34 est de préférence identique l’un par rapport à l’autre. Chaque extrémité d’un banc de batteries 34 correspondant est électriquement reliée à l’une des deux bornes de tension 30, 32. De préférence, chaque extrémité d’un banc de batteries 34 est directement reliée à la borne de tension respective, c’est-à-dire notamment sans élément intermédiaire entre l’extrémité et la borne respective 30, 32 autre qu’un fusible et/ou un interrupteur. Chaque banc de batteries 34 comprend une pluralité d’éléments de batterie 36 connectés en série, en particulier entre les extrémités du banc de batteries 34 respectif. Par exemple, en référence à la , chaque banc de batteries 34 comprend M éléments de batterie 36. Le nombre M est au moins 2, de préférence au moins 10, de préférence encore au moins 20 ou égal à 20. Selon un exemple, la batterie de traction 22 comprend douze bancs de batteries 34, et chaque banc de batteries 34 comprend vingt éléments de batterie 36. Par exemple, le banc de batteries 34-1 comprend l’élément de batterie 36-1, l’élément de batterie 36-2 et l’élément de batterie 36-M. De préférence, chaque banc de batteries 34 comprend le même nombre d’éléments de batterie 36. Par exemple, chaque élément de batterie 36 présente une tension ayant une valeur nominale prédéterminée, par exemple sensiblement égale à 1,2 V. Dans cet exemple, pour obtenir la tension de traction supérieure ou égale à 800 V, chaque banc de batteries 34 comprend par exemple plus de 650 éléments de batterie 36. Selon un exemple, chaque élément de batterie 36 comprend une capacité nominale égale à 60 Ah. La batterie de traction 22 comprend en outre par exemple un contrôleur 38 configuré pour contrôler le fonctionnement de la batterie de traction 22. En particulier, le contrôleur 38 est connecté à chaque élément de batterie 36 pour contrôler par exemple sa tension et/ou des températures des éléments de batterie 36. Selon un exemple, le contrôleur 38 est configuré pour autoriser une alimentation du dispositif de démarrage 26 uniquement lorsque la tension de traction est supérieure à un seuil prédéterminé. Selon un exemple, le contrôleur 38 est configuré pour autoriser une alimentation du dispositif de démarrage 26 uniquement lorsqu’une température de la batterie de traction 22, et en particulier des éléments de batterie 36, est comprise dans une gamme prédéterminée de températures. La batterie de traction 22 comprend par exemple en outre au moins un interrupteur 40, 42, configuré pour séparer électriquement l’une des bornes de tension 30, 32 du ou des banc(s) de batteries 34. Par exemple, en référence à la , la batterie de traction 22 comprend un premier interrupteur 40 configuré pour séparer électriquement la borne de tension 30 des bancs de batteries 34, et un second interrupteur 42 configuré pour séparer électriquement la borne de tension 32 des bancs de batteries 34. Le ou chaque interrupteur 40, 42 est par exemple contrôlé par le contrôleur 38. Selon un exemple, le ou chaque interrupteur 40, 42 est intégré dans une armoire de commande (ou « switch cabinet » en anglais). Selon un exemple, le ou chaque interrupteur 40, 42 est un contacteur. De préférence, le ou chaque interrupteur 40, 42 est configuré pour être ouvert lorsque le dispositif de démarrage 26 démarre le moteur à combustion 20. Par exemple, la batterie de traction 22 comprend en outre, pour le ou chaque banc de batteries 34, au moins un fusible 44 configuré pour séparer ce banc de batteries 34, de préférence uniquement ce banc de batteries 34, de la borne de tension 32 lorsqu’un courant dépasse un seuil prédéterminé, tout en gardant notamment une connexion des autres bancs de batteries 34 à la borne de tension 32. Dans cet exemple, la borne de tension 32 présente de préférence une tension sensiblement égale à zéro par rapport à la masse ou à la terre. Selon un exemple, la batterie de traction 22 comprend, pour le ou chaque banc de batteries 34, un interrupteur spécifique, non représenté, configuré pour séparer ce banc de batteries 34 de l’une des bornes de tension 30, 32, de préférence uniquement ce banc de batteries 34, tout en gardant notamment une connexion des autres bancs de batteries 34 à la borne de tension correspondante 30, 32. Le bus de traction 24 relie en particulier les bornes de tension 30, 32 au moteur électrique de traction 18 et/ou à une source de tension, non représentée, pour le rechargement de la batterie de traction 22. Selon un exemple, la source de tension est une borne de rechargement. En complément optionnel et non représenté, le bus de traction 24 relie les bornes de tension 30, 32 en outre au moteur à combustion 20 pour un rechargement de la batterie de traction 22, lorsque le moteur à combustion 20 fonctionne comme générateur. Le dispositif de démarrage 26 est configuré pour démarrer le moteur à combustion 20. Par exemple, le dispositif de démarrage 26 est configuré pour être alimenté par un courant compris entre 1500 A et 2000 A pour le démarrage du moteur à combustion 20. De préférence, le dispositif de démarrage 26 est configuré pour démarrer le moteur à combustion 20 lorsqu’il est alimenté pendant une durée inférieure ou égale à 10 s. En particulier, le dispositif de démarrage 26 est configuré pour utiliser pour un démarrage du moteur à combustion 20 une énergie électrique très faible par rapport à une énergie totale de la batterie de traction 22, notamment une charge de plusieurs ordres de grandeur plus faible que l’énergie totale. Le dispositif de démarrage 26 comprend par exemple un moteur de démarrage 46, qui est notamment un moteur électrique configuré pour transmettre un couple mécanique au moteur à combustion 20 pour le démarrer. En complément, le dispositif de démarrage 26 comprend un circuit électrique et/ou un contrôleur, non représenté, configuré pour contrôler le fonctionnement du moteur de démarrage 46. Selon l’invention, la liaison d’alimentation 28 est agencée pour alimenter le dispositif de démarrage 26, et en particulier le moteur de démarrage 46, par la tension de démarrage strictement inférieure à la tension de traction. Par « liaison d’alimentation 28 agencée pour alimenter le dispositif de démarrage », il est entendu en particulier que la liaison d’alimentation 28 forme un diviseur de tension. En particulier, la liaison d’alimentation 28 est agencée pour dériver une tension strictement inférieure à la tension de traction, à savoir la tension de démarrage, de la tension de traction qui est notamment présente entre deux extrémités de chaque banc de batteries 34. Par exemple, la tension de démarrage est comprise entre 10 V et 30 V, de préférence sensiblement égale à 12 V ou à 24 V. De préférence, la liaison d’alimentation 28 comprend un premier câble 48 et un second câble 50. Le premier câble 48 relie le dispositif de démarrage 26 à une borne intermédiaire 52 de la batterie de traction 22. La borne intermédiaire 52 est électriquement connectée à l’un du ou des banc(s) de batteries 34, dit banc d’alimentation de démarrage, entre deux éléments de batterie 36 voisins de ce banc d’alimentation de démarrage. Dans l’exemple de la , le banc d’alimentation de démarrage est le banc de batteries 34-1. Le second câble 50 est de préférence électriquement relié à une extrémité du banc d’alimentation de démarrage. Par exemple, le second câble 50 est électriquement relié à l’extrémité du banc d’alimentation de démarrage présentant une tension sensiblement égale à zéro par rapport à la masse ou à la terre. Cela permet en particulier d’alimenter le dispositif de démarrage 26 sans prévoir une isolation électrique entre la batterie de traction 22 et le dispositif de démarrage 26. Par exemple, le second câble 50 est connecté à un bus reliant les extrémités respectives de l’ensemble des bancs de batteries 34, connectés en parallèle, à la borne de tension 32, notamment lorsque le second interrupteur 42 est fermé. Par exemple, le second câble 50 est connecté à une section de ce bus qui connecte le second interrupteur 42 aux extrémités de l’ensemble des bancs de batteries 34 ou aux fusibles 44 agencés aux extrémités des bancs de batteries 34. De préférence, cette section dudit bus est dépourvue d’autres éléments électriques ou de liaisons à d’autres éléments électriques, tels que des condensateurs. Lorsque la batterie de traction 22 est dépourvue du second interrupteur 42, le second câble 50 est de préférence connecté à une section d’un bus qui relie, sans éléments intermédiaires, la borne de tension 32 aux extrémités de l’ensemble des bancs de batteries 34 ou aux fusibles 44 agencés aux extrémités des bancs de batteries 34. L’agencement des premier et second câbles 48, 50 forme ainsi un diviseur de tension. Selon des exemples non représentés, le premier câble 48 et/ou le second câble 50 comprend au moins une résistance et/ou au moins un fusible. On conçoit que la présente invention présente un grand nombre d’avantages. En particulier, le fait d’utiliser la batterie de traction 22 présentant une tension de traction ayant une valeur supérieure ou égale à 800 V pour le démarrage du moteur à combustion 20 permet de s’affranchir d’une batterie dédiée pour l’alimentation du dispositif de démarrage 26. Cela est particulièrement avantageux du fait que la batterie de traction 22 présente une valeur de tension élevée et de préférence une capacité élevée. Par exemple, une telle alimentation du dispositif de démarrage 26 n’est pas possible à partir de la batterie de bord 14 pour ces raisons. De plus, une variation de tension de traction de la batterie de traction 22 lors de l’alimentation du dispositif de démarrage 26 est très faible compte tenu de la capacité élevée de la batterie de traction 22. L’utilisation de la batterie de bord 14, distincte de la batterie de traction 22, permet de protéger des équipements de bord, notamment du réseau de bord 16, dont certains sont sensibles à une variation de la tension d’alimentation. Par exemple, lorsque la tension de traction varie, notamment lors de la mise sous tension du dispositif de démarrage 26 par alimentation de la batterie de traction 22, les équipements du réseau de bord 16 ne sont pas impactés par cette variation, même faible, de la tension. Système de traction (12) d’un véhicule ferroviaire (10) comprenant un moteur électrique de traction (18), une batterie de traction (22) présentant une tension de traction ayant un valeur nominale supérieure ou égale à 800 V, la batterie de traction (22) étant reliée au moteur électrique de traction (18), le système de traction (12) comprenant en outre un moteur à combustion (20) et un dispositif de démarrage (26) configuré pour démarrer le moteur à combustion (20), le dispositif de démarrage (26) étant relié à la batterie de traction (22) par une liaison d’alimentation (28) agencée pour alimenter le dispositif de démarrage (26) par une tension de démarrage strictement inférieure à la tension de traction. Système de traction (12) selon la revendication 1, dans lequel la tension de démarrage est comprise entre 10 et 30 V. Système de traction (12) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la batterie de traction (22) comprend au moins un banc de batteries (34-1, 34-2, 34-N) comprenant une pluralité d’éléments de batterie (36-1, 36-2, 36-M) connectés en série, de préférence la batterie de traction (22) comprenant plusieurs bancs de batteries (34-1, 34-2, 34-N) connectées parallèlement l’un par rapport à l’autre. Système de traction (12) selon la revendication 3, dans lequel la liaison d’alimentation (28) comprend un premier câble (48) reliant le dispositif de démarrage (26) à une borne intermédiaire (52) de la batterie de traction (22), la borne intermédiaire (52) étant électriquement connectée à l’un du ou des banc(s) de batteries (34-1, 34-2, 34-N), dit banc d’alimentation de démarrage, entre deux éléments de batterie voisins de la pluralité d’éléments de batterie (36-1, 36-2, 36-M) reliés en série dudit banc d’alimentation de démarrage. Système de traction (12) selon la revendication 4, dans lequel la liaison d’alimentation (28) comprend un second câble (50) reliant le dispositif de démarrage (26) à une extrémité dudit banc d’alimentation de démarrage, l’extrémité présentant de préférence une tension sensiblement égale à zéro par rapport à la masse. Système de traction (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la batterie de traction (22) comprend deux bornes de tension (30, 32) présentant entre elles la tension de traction et étant reliées au moteur électrique de traction (18). Système de traction (12) selon la revendication 6, dans lequel la batterie de traction (22) comprend au moins un interrupteur (40, 42) configuré pour séparer électriquement l’une des bornes de tension (30, 32) du ou des banc(s) de batteries (34-1, 34-2, 34-N), et/ou dans lequel la batterie de traction (22) comprend, pour le ou chaque banc de batteries (34-1, 34-2, 34-N), un fusible (44) ou un interrupteur configuré pour séparer électriquement ce banc de batteries (34-1, 34-2, 34-N) de l’une des bornes de tension (30, 32). Système de traction (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la batterie de traction (22) comprend un contrôleur (38) configuré pour autoriser une alimentation du dispositif de démarrage (26) par la tension de démarrage lorsque la tension de traction est supérieure à un seuil prédéterminé, et/ou lorsqu’une température de la batterie de traction (22) est comprise dans une gamme prédéterminée de températures. Véhicule ferroviaire (10) comprenant un système de traction (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Véhicule ferroviaire (10) selon la revendication 9, comprenant en outre une batterie de bord (14), distincte de la batterie de traction (22), configurée pour alimenter un réseau de bord (16) du véhicule ferroviaire (10).