Brevet FR3154661A1 — publié le 20250502

SYSTÈME DE BATTERIE INTÉGRÉ DANS UN TRACTEUR AGRICOLE ÉLECTRIQUE L’invention concerne un système de batterie configuré pour être intégré dans un tracteur agricole électrique, comprenant au moins une batterie (20) d’accumulateurs configurée pour fournir une énergie électrique à au moins deux dispositifs (40a, 40b, 40c, 40d, 40e) consommateurs d’énergie, caractérisé en ce qu’il comprend un boitier (32) central de stockage et de distribution d’énergie comprenant chaque batterie (20) d’accumulateurs et un circuit (34) de distribution électrique configuré pour permettre la transmission de l’énergie électrique de chaque batterie (20) vers chaque dispositif consommateur, ledit boitier (32) comprenant au moins un premier connecteur (36a, 36b) de raccord agencé sur une face extérieure dite face avant et destiné à l’alimentation électrique d’un dispositif consommateur agencé à l’avant du tracteur, et au moins un deuxième connecteur (36c) de raccord agencé sur une face extérieure dite face arrière et destiné à l’alimentation électrique d’un dispositif consommateur agencés à l’arrière du tracteur. Figure pour l’abrégé : figure 2 SYSTÈME DE BATTERIE INTÉGRÉ DANS UN TRACTEUR AGRICOLE ÉLECTRIQUE Domaine technique de l’invention L’invention concerne un système de batterie intégré pour véhicule. Plus particulièrement l’invention concerne un système de batterie destiné à être intégré dans un véhicule de type tracteur agricole électrique. Arrière-plan technologique Dans un contexte agricole où le travail au champ a été grandement facilité par le développement des machines agricoles, l’emploi des tracteurs agricoles thermiques, largement plébiscités par les agriculteurs, devra désormais faire face au défi de la transition écologique. Des approches plus respectueuses de l’environnement tendent à s’éloigner de l’utilisation des énergies fossiles comme unique source de carburant, on retrouve en effet de plus en plus d’engins agricoles avec une technologie hybride mêlant énergie fossile et alimentation électrique. La plupart de ces engins reprennent un châssis avec une ossature porteuse classique intégrant la triade « moteur thermique - arbre de transmission - boîte de vitesse » qui a fait ses preuves pendant plus d’un siècle. Certains concepts agricoles ont été développés autour d’un fonctionnement entièrement électrique. L’alimentation du véhicule se fait alors à l’aide d’au moins une batterie annexée au tracteur ou sur une structure supplémentaire installée sur ce dernier. Le moteur thermique est ainsi remplacé par une ou plusieurs chaînes de traction électriques et une batterie. L’intégration de la batterie dans le châssis du tracteur agricole électrique génère plusieurs problématiques liées en particulier aux grandes dimensions de celle-ci et aux enjeux mécaniques, de sécurité électrique et de compatibilité électromagnétique. En particulier, le tracteur agricole électrique se doit de conserver un gabarit compact tout en nécessitant d’intégrer des systèmes électriques haute-puissance présentant des tensions dangereuses qui nécessitent l’intégration de divers composants tels que des convertisseurs, des connecteurs, du câblage, des sécurités, tout en restant conforme aux normes de protection électrique, mécanique et compatibilité électromagnétique prévenant de tout danger quant à la manipulation des batteries et l’utilisation normale du tracteur électrique agricole par un opérateur et son environnement. La compacité du système de batterie est ainsi mise à mal par la présence de ces divers composants et ces contraintes de sécurité. En particulier, la nécessité de distribuer l’énergie électrique à différents consommateurs du tracteur (les chaînes de traction électriques entraînant la transmission, les prises de forces, les pompes hydrauliques, convertisseur continu/continu, pompe à chaleur, etc.) entraîne la présence de nombreux câblages et boitiers d’interconnexion sécurisés devant être intégrés dans le châssis du tracteur agricole électrique. Les inventeurs ont donc cherché à fournir une solution pour pallier ces inconvénients. Objectifs de l’invention L’invention vise à fournir un système de batterie pour tracteur électrique agricole. L’invention vise en particulier à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système de batterie permettant une intégration compacte dans le châssis. L’invention vise en particulier à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système de batterie permettant d’alimenter facilement en énergie électrique des consommateurs électriques agencés à différentes positions dans le tracteur agricole électrique. L’invention vise en particulier à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système de batterie simplifiant la fourniture de protection mécaniques, électriques et électromagnétiques tout en restant au même niveau de sécurité. Pour ce faire, l’invention concerne un système de batterie configuré pour être intégré dans un tracteur agricole électrique, comprenant au moins une batterie d’accumulateurs configurée pour stocker de l’énergie électrique et fournir ladite énergie électrique à au moins deux dispositifs consommateurs d’énergie électrique du tracteur agricole électrique, caractérisé en ce qu’il comprend un boitier central de stockage et de distribution d’énergie configuré pour être agencé dans une position centrale dans un châssis du tracteur agricole électrique, comprenant chaque batterie d’accumulateurs et un circuit de distribution électrique configuré pour permettre la transmission de l’énergie électrique de chaque batterie d’accumulateurs vers chaque dispositif consommateur d’énergie électrique via un connecteur de raccord dédié agencé sur le boîtier, ledit boitier comprenant au moins un premier connecteur de raccord agencé sur une face extérieure dite face avant et destiné à l’alimentation électrique d’un dispositif consommateur d’énergie agencé à l’avant du tracteur, et au moins un deuxième connecteur de raccord agencé sur une face extérieure dite face arrière opposée à la face avant et destiné à l’alimentation électrique d’un dispositif consommateur d’énergie agencés à l’arrière du tracteur. Un système de batterie selon l’invention permet donc d’intégrer au moins une batterie d’accumulateurs, en particulier une pluralité de batteries d’accumulateurs, dans le même boîtier central que le circuit de distribution électrique. Ce boitier central permet en outre de fournir un ensemble de connecteurs de raccord permettant d’alimenter directement les dispositifs consommateurs d’énergie selon leur position dans le tracteur agricole électrique, en limitant les longueurs de câblage externe qui présentent un encombrement non négligeable en particulier dû à l’isolation électrique et aux blindages bloquant les perturbations électromagnétiques. Le câblage externe est en outre davantage exposé aux contraintes mécaniques et au risque de dégradation qu’un réseau interne au boitier. Le boitier central permet ainsi de réduire l’encombrement du système de batterie et de distribution en supprimant le besoin d’utiliser plusieurs boitiers distincts pour chaque batterie et pour le circuit de distribution, et permet de simplifier la protection mécanique, électrique et électromagnétique de chaque batterie, et du circuit de distribution en regroupant tous les éléments dans le même boitier. L’intégration de tous les éléments dans le boitier central supprime la nécessité d’ajouter des connecteurs entre chaque batterie et le circuit de distribution et ainsi réduit l’encombrement global du système. Le circuit de distribution électrique comprend notamment un réseau électrique interne et des composants de distribution et de sécurité. Dans tout l’exposé de l’invention, les termes « tracteur » et « tracteur agricole » doivent s’interpréter de manière équivalente et se rapportent tous, sauf mention explicite contraire, à une machine de travail agricole destinée principalement au transport, à la manutention et à la traction, ainsi qu’au travail des sols. Avantageusement et selon l’invention, le système comprend en outre au moins un connecteur de raccord agencé sur une des faces extérieures latérales, destinée au branchement de câbles d’alimentation d’un dispositif consommateur d’énergie agencé sur les portions latérales du tracteur agricole électrique. Selon cet aspect de l’invention, le connecteur de raccord latéral permet l’alimentation directe de dispositifs consommateur d’énergie agencés dans une position latérale sur le tracteur, en minimisant le câblage externe au boitier central. Avantageusement et selon l’invention, le système comprend un compartiment central recevant une première batterie d’accumulateurs et le circuit de distribution, et au moins un compartiment latéral comprenant au moins une batterie d’accumulateurs supplémentaire. Selon cet aspect de l’invention, les compartiments permettent chacun le stockage d’une batterie d’accumulateur, ce qui permet en particulier d’agencer des batteries d’accumulateurs dans des positions latérales sur le tracteur agricole électrique. La distribution électrique permettant l’agencement série ou parallèle entre les compartiments s’effectue entièrement dans le boitier central, sans câblage externe. Avantageusement et selon l’invention, deux compartiments latéraux agencés respectivement à droite et à gauche du compartiment central dans le sens de la marche du tracteur agricole électrique, chaque compartiment latéral comprenant au moins une batterie d’accumulateurs. Avantageusement et selon l’invention, le système comprend au moins deux batteries d’accumulateurs connectées en série. Avantageusement et selon l’invention, le système comprend au moins deux batteries d’accumulateurs connectées en parallèle. Selon ces aspects de l’invention, l’agencement série ou parallèle des batteries d’accumulateurs permet d’obtenir la tension et la capacité cible pour le fonctionnement du réseau électrique du tracteur agricole électrique. Avantageusement et selon l’invention, le circuit de distribution électrique comprend au moins une barre omnibus pour la transmission d’énergie électrique. Selon cet aspect de l’invention, la barre omnibus ne nécessite pas systématiquement , contrairement au câblage externe, d’isolation externe et pas de protection électromagnétique ce qui simplifie la mise en place du circuit de distribution électrique par rapport aux solutions de l’art antérieur. Les barres omnibus peuvent être rigides ou souples. La barre omnibus est également connue sous le terme busbar en anglais. Avantageusement et selon l’invention, au moins une barre omnibus est configurée pour relier un connecteur de raccord au circuit de distribution électrique. Avantageusement et selon l’invention, le circuit de distribution électrique comprend au moins un des éléments de la liste suivante : des équipements de protection électrique comprenant des fusibles et/ou des disjoncteurs, des contacteurs configurés pour permettre la connexion ou la déconnexion de chaque batterie du circuit de distribution électrique, des autres batteries et/ou d’un dispositif de recharge électrique, un circuit de précharge configuré pour l’équilibrage des tensions de chaque batterie et d’un dispositif de recharge électrique lorsque le tracteur électrique est connecté audit dispositif de recharge électrique, des capteurs de mesure de tension, des capteurs d’intensité, un contrôleur d’isolement électrique, des éléments de connexion configuré pour permettre la connexion ou la déconnexion d’au moins un élément du système de batterie pour des opérations de maintenance ou réparation. L’invention concerne également un tracteur agricole électrique comprenant au moins une batterie d’accumulateurs configurée pour stocker de l’énergie électrique, et au moins deux dispositifs consommateurs d’énergie électrique du tracteur agricole électrique configurés pour recevoir de l’énergie électrique provenant de ladite au moins une batterie d’accumulateurs, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un système de batterie selon l’invention, ledit système de batterie intégrant ladite au moins une batterie d’accumulateurs. L'invention concerne également un système de batterie et un tracteur agricole électrique caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. Liste des figures D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : FIG. 1 est une vue schématique représentant un châssis de tracteur agricole électrique selon un mode de réalisation de l’invention, FIG. 2 est une vue schématique représentant un système de batterie selon un mode de réalisation de l’invention, et des dispositifs consommateurs d’énergie alimentés par le système de batterie, FIG. 3 est une vue schématique représentant un système de batterie selon un mode de réalisation de l’invention tel qu’installé dans le réseau électrique d’un tracteur agricole électrique. Description détaillée d’un mode de réalisation de l’invention Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d’illustration et de clarté. Les éléments identiques, similaires ou analogues sont désignés par les mêmes références dans toutes les figures. La FIG. 1 représente schématiquement un châssis 10 de tracteur agricole électrique selon un mode de réalisation de l’invention. Le châssis 10 comprenant notamment une portion 12a avant comprenant notamment un essieu 14a avant et une portion 12b arrière comprenant notamment un essieu 14b arrière et une prise 16 de force. Le châssis comprend également une portion 12c centrale accueillant au moins une batterie d’accumulateurs, ici trois batteries d’accumulateurs, une batterie 20a primaire et centrale, une batterie 20b latérale droite et une batterie 20c latérale gauche. Les batteries d’accumulateurs sont supportées par un support 22 mécanique. La position centrale des batteries d’accumulateurs sur le châssis 10 rend complexe l’utilisation d’un circuit de distribution classique, en particulier car les batteries d’accumulateurs occupent une grande partie de la largeur et de la hauteur disponible ce qui rend difficile le cheminement des câbles de l’avant à l’arrière du tracteur, mais un système de batterie selon l’invention est particulièrement adapté à cette configuration. Les figures 2 et 3 représentent schématiquement un système 30 de batterie selon un mode de réalisation de l’invention. La FIG. 2 représente en particulier un système 30 de batterie selon un mode de réalisation de l’invention et des dispositifs consommateurs d’énergie alimentés en énergie électrique par le système 30 de batterie. Le système 30 de batterie est configuré pour être intégré dans le tracteur agricole électrique, et comprend au moins une batterie 20 d’accumulateurs configurée pour stocker de l’énergie électrique et fournir ladite énergie électrique aux dispositifs 40a, 40b, 40c, 40d, 40e consommateurs d’énergie électrique du tracteur agricole électrique. Le système 30 de batterie comprend un boitier 32 central de stockage et de distribution d’énergie configuré pour être agencé dans une position centrale dans le châssis du tracteur agricole électrique, dans la portion 12c centrale du tracteur, comprenant chaque batterie 20 d’accumulateurs et un circuit 34 de distribution électrique configuré pour permettre la transmission de l’énergie électrique de chaque batterie 20 d’accumulateurs vers chaque dispositif 40a, 40b, 40c, 40d, 40e consommateur d’énergie électrique via un connecteur de raccord dédié agencé sur le boîtier. Le boitier 32 central comprend deux connecteurs 36a, 36b de raccord agencé sur une face extérieure dite face avant et destiné à l’alimentation électrique des dispositifs 40a, 40b consommateur d’énergie agencé dans la portion 21a avant du tracteur, par exemple des moteurs agencés sur les roues avant, un compresseur de pompe à chaleur, un dispositif de chauffage, une prise de force avant, etc. Le boitier 32 central comprend également un connecteur 36c de raccord agencé sur une face extérieure dite face arrière opposée à la face avant et destiné à l’alimentation électrique d’un dispositif 40c consommateur d’énergie agencés à dans la portion 12b arrière du tracteur, par exemple une prise de force arrière, un moteur agencé sur les roues arrières, un système de pompe hydraulique etc. Le boitier 32 central peut comprendre également un connecteur 36d de raccord agencé sur une face extérieure dite face latérale droite et destiné à l’alimentation électrique d’un dispositif 40d consommateur d’énergie agencés à droite du tracteur, et 36e de raccord agencé sur une face extérieure dite face latérale gauche opposée à la face latérale droite et destiné à l’alimentation électrique d’un dispositif 40e consommateur d’énergie agencés à gauche du tracteur. Le circuit de distribution électrique dans le boitier permet la liaison électrique entre chaque batterie et les connecteurs de raccord, et est décrit plus en détail en référence avec la FIG. 3 . La FIG. 3 représente en particulier un système 30 de batterie selon un mode de réalisation de l’invention tel qu’installé dans le réseau électrique d’un tracteur agricole électrique. L’ensemble 20 de batteries comprend la batterie 20a centrale et les batteries 20b, 20c latérales, agencées ici en série. Les batteries latérales peuvent être facilement déconnectées ou reconnectées du système de batterie selon les besoins d’utilisation du tracteur agricole électrique, par exemple la batterie 20b latérale droite comprend un ensemble 48 de connexion/déconnexion, à cet effet. La batterie 20a centrale et le circuit 34 de distribution électrique sont agencés dans un compartiment 52 central et les batteries latérales chacune dans un compartiment latéral. Le circuit 34 de distribution électrique comprend un réseau électrique interne, par exemple formé au moins en partie de barres omnibus ou busbar en anglais, reliant les différents composants entre eux. Le circuit 34 de distribution comprend également des composants de contrôle et de sécurité tel que des contacteurs 42, des fusibles 44, des capteurs 46 de mesure d’intensité (par exemple de type shunt ou à effet Hall), un circuit 50 de précharge (ensemble contacteur + résistance) permettant d'équilibrer la tension du réseau électrique interne du tracteur avec celle de la batterie avant leurs raccordement au réseau électrique externe lors de la recharge du tracteur. Le boitier central comprend ici un ensemble 36 de cinq connecteurs agencés sur sa face avant permettant respectivement la connexion électrique avec les dispositifs consommateurs d’énergie suivants : un groupe 60a de traction avant, comprenant un variateur et un moteur électrique de traction, un groupe 60b prise de force avant, comprenant un variateur et un moteur électrique, un groupe 60c de pompe à chaleur, comprenant un variateur et un moteur électrique de compresseur, généralement intégrés au sein du même organe, un dispositif 60d chauffant de type thermistance, par exemple de type CTP (Coefficient de Température Positif, en anglais PTC, Positive Temperature Coefficient ). Un connecteur permet également la connexion au dispositif 60e prolongateur d’autonomie, qui peut être une batterie d’accumulateurs amovible s’accrochant sur le relevage avant standard du tracteur et permettant de rajouter de l’énergie disponible. Le boitier central comprend également un ensemble 36’ de deux connecteurs agencés sur sa face arrière permettant respectivement la connexion électrique avec les dispositifs consommateurs d’énergie suivants : un groupe 60f de traction arrière, comprenant un variateur et un moteur électrique de traction, un groupe 60g prise de force arrière et groupe hydraulique, comprenant un variateur et un moteur électrique. Le boitier central comprend également un ensemble 36’’ de deux connecteurs agencés sur sa face latérale permettant respectivement la connexion électrique avec un convertisseur 60h DC/DC, et un groupe 60i de connecteur de recharge électrique. Le groupe 60i de connecteur de recharge électrique comprend en particulier un connecteur, par exemple de type CCS2, et un chargeur embarqué bidirectionnel (BOBC pour Bidirectional On-Board Charger en anglais). Système de batterie configuré pour être intégré dans un tracteur agricole électrique, comprenant au moins une batterie (20, 20a, 20b, 20c) d’accumulateurs configurée pour stocker de l’énergie électrique et fournir ladite énergie électrique à au moins deux dispositifs (40a, 40b, 40c, 40d, 40e) consommateurs d’énergie électrique du tracteur agricole électrique, caractérisé en ce qu’il comprend un boitier (32) central de stockage et de distribution d’énergie configuré pour être agencé dans une position centrale dans un châssis (10) du tracteur agricole électrique, comprenant chaque batterie (20, 20a, 20b, 20c) d’accumulateurs et un circuit (34) de distribution électrique configuré pour permettre la transmission de l’énergie électrique de chaque batterie (20, 20a, 20b, 20c) d’accumulateurs vers chaque dispositif consommateur d’énergie électrique via un connecteur (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36, 36’, 36’’) de raccord dédié agencé sur le boîtier (32), ledit boitier (32) comprenant au moins un premier connecteur (36a, 36b, 36) de raccord agencé sur une face extérieure dite face avant et destiné à l’alimentation électrique d’un dispositif consommateur d’énergie agencé à l’avant du tracteur, et au moins un deuxième connecteur (36c, 36’) de raccord agencé sur une face extérieure dite face arrière opposée à la face avant et destiné à l’alimentation électrique d’un dispositif consommateur d’énergie agencés à l’arrière du tracteur. Système de batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins un connecteur (36d, 36e, 36’’) de raccord agencé sur une des faces extérieures latérale, destinée au branchement de câbles d’alimentation d’un dispositif consommateur d’énergie agencé sur les portions latérales du tracteur agricole électrique. Système de batterie selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comprend un compartiment (52) central recevant une première batterie (20a) d’accumulateurs et le circuit (34) de distribution, et au moins un compartiment latéral comprenant au moins une batterie (20b, 20c) d’accumulateurs supplémentaire. Système de batterie selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comprend deux compartiments latéraux agencés respectivement à droite et à gauche du compartiment (52) central dans le sens de la marche du tracteur agricole électrique, chaque compartiment latéral comprenant au moins une batterie d’accumulateurs. Système de batterie selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux batteries (20a, 20b, 20c) d’accumulateurs connectées en série. Système de batterie selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux batteries (20a, 20b, 20c) d’accumulateurs connectées en parallèle. Système de batterie selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit (34) de distribution électrique comprend au moins une barre omnibus pour la transmission d’énergie électrique. Système de batterie selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’au moins une barre omnibus est configurée pour relier un connecteur (36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36, 36’, 36’’) de raccord au circuit (34) de distribution électrique. Système de batterie selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le circuit (34) de distribution électrique comprend au moins un des éléments de la liste suivante : des équipements de protection électrique comprenant des fusibles (44) et/ou des disjoncteurs, des contacteurs (42) configurés pour permettre la connexion ou la déconnexion de chaque batterie du circuit (34) de distribution électrique, des autres batteries et/ou d’un dispositif de recharge électrique, un circuit (50) de précharge configuré pour l’équilibrage des tensions de chaque batterie et d’un dispositif de recharge électrique lorsque le tracteur électrique est connecté audit dispositif de recharge électrique, des capteurs de mesure de tension, des capteurs (46) d’intensité, un contrôleur d’isolement électrique, des éléments de connexion configuré pour permettre la connexion ou la déconnexion d’au moins un élément du système de batterie pour des opérations de maintenance ou réparation. Tracteur agricole électrique comprenant au moins une batterie d’accumulateurs configurée pour stocker de l’énergie électrique, et au moins deux dispositifs consommateurs d’énergie électrique du tracteur agricole électrique configurés pour recevoir de l’énergie électrique provenant de ladite au moins une batterie d’accumulateurs, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un système (30) de batterie selon l’une des revendications 1 à 9, ledit système de batterie intégrant ladite au moins une batterie d’accumulateurs.