INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
L’invention a donc pour objet un système de gestion d’une batterie d’accumulateurs d’un véhicule électrique comprenant une pluralité de contrôleurs esclaves couplés respectivement à une pluralité d’accumulateurs de la batterie et un contrôleur maître configuré pour déterminer des termes d’équilibrage de la charge des accumulateurs dans un mode actif du système de gestion, le système de gestion comprenant un mode inactif dans lequel les termes d’équilibrage de charges sont déterminés uniquement par les contrôleurs esclaves.
Avantageusement, durant le mode inactif chaque contrôleur esclave détermine le terme d’équilibrage de la pluralité d’accumulateurs à laquelle il est couplé.
Avantageusement, le contrôleur maître est alimenté par une batterie basse-tension et les contrôleurs esclaves sont alimentés par la batterie de traction.
De manière préférentielle, les contrôleurs maître et esclaves utilisent des moyens de communication sans fil.
L’invention a également pour objet un procédé d’équilibrage de charges respectives d’accumulateurs d’une batterie d’accumulateurs d’un véhicule électrique apte à être mis-en-œuvre par un système de gestion tel que défini ci-dessus.
Avantageusement, le contrôleur maître communique le courant circulant dans la batterie aux contrôleurs esclave dans le mode actif, et le procédé comprend les étapes suivantes dans un mode inactif :
- Un contrôleur esclave devient contrôleur esclave-maître ;
- Le contrôleur esclave-maître demande aux autres contrôleurs esclaves la transmission d’une tension minimale parmi leur pluralité d’accumulateurs ;
- Le contrôleur esclave-maître envoie à chacun des autres contrôleurs esclaves une tension minimale de la batterie parmi les tensions minimales des pluralités d’accumulateurs de chaque contrôleur esclave ;
- Chaque contrôleur esclave détermine un besoin d’équilibrage et un terme d’équilibrage pour sa pluralité d’accumulateurs ;
De manière préférentielle, le procédé est mis-en-œuvre périodiquement à très basse fréquence lors du mode inactif.
Avantageusement, l’étape de détermination d’un besoin d’équilibrage comprend la détermination d’indicateurs d’état de la pluralité d’accumulateurs par ledit contrôleur esclave.
Préférentiellement, les indicateurs d’état comprennent l’état de santé et l’état de charge de la batterie.
Avantageusement, le contrôleur esclave devenant contrôleur esclave-maître change à chaque mise-en-œuvre du procédé.
Système d’alimentation basse tension pour pantographe et pantographe équipé d’un tel système La présente invention concerne un système d’alimentation basse tension destiné à être installé sur un pantographe pour véhicules électriques alimentés par caténaires, tel que des trains électriques ou des véhicules urbains de transport de passagers (tramway, métro…).
Elle concerne également un pantographe équipé d’un tel système d’alimentation basse tension.
L’invention s’applique en particulier à l’alimentation autonome de dispositifs basse tension embarqués dans un véhicule électrique alimenté par caténaires et situés au niveau d’un pantographe. En effet, il est courant que des dispositifs de mesure sophistiqués soient installés au niveau du pantographe pour mesurer, durant les déplacements du véhicule alimenté par le pantographe, différents paramètres électriques, optiques, thermiques et mécaniques liés à l’interaction entre le pantographe et les caténaires. Ces mesures peuvent être utilisées pour la maintenance des caténaires et la détection et la localisation de problèmes au niveau des caténaires, tels que des défauts de positionnement latéral ou de tension mécanique des caténaires. Le contrôle permanent des caténaires par les véhicules circulant sur la voie permet d’intervenir préventivement avant l’occurrence d’une avarie de caténaire pouvant engendrer des interruptions conséquentes de trafic.
Pour que les dispositifs de mesure fonctionnent correctement, il est primordial d’assurer une alimentation basse tension stable et fiable de ces dispositifs de mesure. Or l’alimentation basse tension de ces dispositifs n’est pas simple vu que les pantographes assurant l’alimentation électrique de puissance des véhicules sont sous haute tension. En effet, les tensions électriques de caténaire pouvant aller de 750 à 25.000 V en courant continu ou alternatif, elles requièrent une isolation galvanique performante de tous les systèmes électriques situés à proximité du pantographe. Ainsi, l’alimentation électrique des dispositifs de mesure pose des problèmes électriques dont la résolution est complexe et couteuse.
Comme expliqué ci-dessous, différentes solutions sont couramment employées pour assurer l’alimentation électrique basse tension de dispositifs situés au niveau des pantographes.
Un transformateur à haute tension d’isolement peut être utilisé à cet effet. Néanmoins, son intégration mécanique et électrique sur le toit du véhicule au niveau du pantographe est délicate. En effet, ces transformateurs sont relativement volumineux et leur fixation sur la toiture doit être suffisamment solide pour supporter les contraintes mécaniques résultant des accélérations dans toutes les directions spatiales durant les déplacements du véhicule. Ces contraintes mécaniques sont d’autant plus importantes du fait du poids conséquent des transformateurs. De plus, les transformateurs à haute tension d’isolement sont onéreux et ajoutent un risque de court-circuit haute tension en cas de défaillance de celui-ci.
Une alimentation par batteries peut aussi être envisagée. Néanmoins, cette solution nécessite des accès fréquents à la toiture pour remplacer les batteries déchargées, nécessitant des coupures et une sécurisation de la haute tension. De plus, une décharge prématurée des batteries ou un problème de remplacement des batteries ne peuvent être exclus, avec le risque de perte des mesures. Des solutions existent pour augmenter le temps de fonctionnement des batteries telles que leur couplage à des panneaux solaires ou à une éolienne, sans pour autant éliminer complètement la nécessité de les remplacer régulièrement.
La présente invention a pour but de proposer un système d’alimentation basse tension amélioré pour assurer le fonctionnement des dispositifs électroniques situés au niveau des pantographes qui résout au moins certains problèmes des solutions connues.
A cet effet, l’invention vise, selon un premier aspect, un système d’alimentation basse tension monté sur un pantographe, et comprenant un transducteur qui convertit le mouvement d’une partie mobile du pantographe en une énergie électrique.
Ainsi le système d’alimentation selon l’invention est entièrement autonome, peu couteux à réaliser et il ne nécessite que peu ou pas de maintenance régulière. De plus, ce système d’alimentation est indépendant de l’alimentation électrique de puissance du véhicule. Il convient donc aussi bien aux véhicules électriques alimentés par un courant électrique alternatif, qu’à ceux alimentés par un courant continu.
Avantageusement, dans le système d’alimentation basse tension, le transducteur est un transducteur à induction.
Préférentiellement, le transducteur comprend un plongeur relié mécaniquement à la partie mobile du pantographe, et générant un champ magnétique dans une bobine à induction du transducteur.
Alternativement, dans le système d’alimentation basse tension, le transducteur est un module piézo-électrique soumis à une contrainte mécanique générée par ledit mouvement de la partie mobile du pantographe.
En particulier, lorsque le transducteur est un module piézo-électrique, le module piézo-électrique est situé préférentiellement au niveau d’un élément de la suspension de la tête de pantographe.
Préférentiellement, le système d’alimentation basse tension comprend en outre un dispositif de traitement électrique comprenant une unité de stockage de l’énergie électrique fournie par le transducteur.
Grâce à ces caractéristiques, l’énergie électrique générée par le transducteur est stockée pour alimenter les dispositifs basse tension. En particulier, l’énergie stockée dans l’unité de stockage de l’énergie électrique peut être utilisée lorsque le système d’alimentation ne produit pas, ou peu, d’énergie, c’est-à-dire lorsque la partie mobile du pantographe n’est pas, ou peu, en mouvement.
surveillance de la valeur d’au moins un desdits paramètres pour en déduire la survenance de l’état caractéristique.
Selon un deuxième aspect, l’invention propose une application d’un tel procédé de surveillance au diagnostic embarqué d’une défaillance du système mécanique qui correspond à l’état caractéristique surveillé.
D’autres objets et avantages de l’invention apparaîtront dans la description qui suit d’un procédé de surveillance d’au moins un état caractéristique du déplacement d’un système mécanique, ledit déplacement pouvant être en translation ou en rotation.
Le procédé prévoit une analyse préalable de corrélation de l’état à surveiller avec au moins un paramètre mécanique du système choisi parmi les coefficients de frottement f 0 , f 1 , f 2 et l’inertie Ι dudit déplacement.
En particulier, les coefficients de frottement utilisés sont :
le coefficient de frottement f 0 d’ordre 0 correspond aux frottements entre solides ; le coefficient de frottement f 1 d’ordre 1 correspond aux frottements entre un solide et un fluide dans un régime laminaire ; le coefficient de frottement f 2 d’ordre 2 correspond aux frottements entre un solide et un fluide dans un régime turbulent.
Suivant des exemples de réalisation, l’état qui est fonction d’au moins un de ces coefficients de frottement f 0 , f 1 , f 2 et/ou de l’inertie Ι du déplacement du système peut être relatif au niveau de lubrification d’un palier, à une indentation ou à une pollution d’un palier, à l’évolution de l’usure d’une vis à bille, aux conditions de coupe d’une machine, par exemple d’une broche de découpe, à la transmission d’une chaîne de transmission comportant un moteur électrique, par exemple dans un véhicule électrique.
En particulier, l’état surveillé correspond à une variation d’au moins l’un des coefficients de frottement f 0 , f 1 , f 2 et/ou de l’inertie Ι en dehors d’une plage de fonctionnement normal du système mécanique. Ainsi, dans une application particulière, l’invention permet un diagnostic embarqué d’une défaillance du système mécanique qui correspond à un état de fonctionnement détecté comme anormal et/ou nécessitant une action.
Le procédé de surveillance prévoit l’acquisition d’un signal temporel de vitesse Ω(t) et la détermination d’un signal temporel d’effort T em (t) du déplacement dudit système.
Selon une réalisation, l’acquisition du signal temporel de vitesse Ω(t) est réalisée au moyen :
d’un codeur solidaire en déplacement du système mécanique, ledit codeur comprenant une piste délivrant un signal représentatif de son déplacement ; d’un capteur fixe comprenant au moins un élément sensible qui est disposé en regard et à distance de lecture de la piste, ledit capteur étant agencé pour délivrer le signal temporel de vitesse Ω(t).
De façon avantageuse, le codeur peut être de type magnétique en comprenant une piste multipolaire qui délivre un champ magnétique pseudo sinusoïdal, par exemple en présentant une succession alternée de pôles magnétiques Nord et Sud dont la géométrie est identique. En variante, une technologie optique peut être utilisée.
Dans un exemple de réalisation, les éléments sensibles du capteur sont des sondes à effet Hall, des magnétorésistances ou des magnétorésistances géantes. En particulier, le capteur peut comprendre une pluralité d’éléments sensibles alignés tel que décrit dans le document FR-2 792 403.
S’agissant du signal temporel d’effort T em (t), sa détermination peut être réalisée par l’acquisition du signal d’un capteur d’effort du déplacement ou par l’estimation du couple appliqué au système mécanique pour son déplacement. En particulier, dans le cas d’un système comportant un moteur électrique pour son déplacement, la mesure du courant électrique alimentant le moteur peut être utilisée pour estimer l’effort.
L'équation de la dynamique d'un arbre en rotation soumis uniquement à des forces de frottements s'exprime de la manière suivante :
où est la fréquence de rotation, est l’effort de déplacement, est le moment d'inertie et sont les coefficients de frottement d’ordre .
Les première et deuxièmes parties 22, 24 sont des déflecteurs configurés pour modifier le sens d’écoulement d’un flux de fluides externes à l’inverseur de poussée.
La première partie 22 portée par la porte 14 n’est pas en contact avec le cadre aval 13b de la structure fixe 12 et la deuxième partie 24 portée par ledit cadre aval 13b n’est pas en contact avec le bord d’extrémité 14a de la porte 14.
La première et la deuxième parties 22, 24 sont ici circonférentiellement espacées l’une de l’autre d’un jeu circonférentiel.
En d’autres termes, la première et la deuxième parties 22, 24 de l’organe 20 de déviation des fluides ne sont pas en contacts l’une avec l’autre. Le jeu circonférentiel permet de prendre en compte les tolérances de fabrication et d’installation de la porte et de la structure fixe, ainsi que des déplacements lors du vol de l’aéronef.
Ainsi, la première et la deuxième parties 22, 24 de l’organe 20 de déviation des fluides forment une barrière permettant aux fluides externes d’être redirigés vers l’extérieur de l’inverseur de poussée 10 pour longer le cadre aval 13b de la structure fixe 12.
Tel qu’illustré, l’organe 20 de déviation des fluides comprend une première partie 22 et une deuxième partie 24. En variante, on pourrait prévoir un nombre différent de première et de deuxième parties 22, 24 de l’organe de déviation des fluides. On pourrait également prévoir que le nombre de premières parties 22 soit différent du nombre de deuxièmes parties 24. Dans le cas d’une pluralité de premières et deuxièmes parties, les premières et les deuxièmes parties peuvent être alternées. Il est également possible de prévoir une succession de premières parties sans alternance avec des deuxièmes parties.
On pourrait également prévoir que l’organe 20 de déviation des fluides comprenne qu’une seule partie en saillie s’étendant dans le jeu axial depuis l’une de la porte 14 ou l’autre de la structure fixe 12 vers l’autre de la structure fixe 12 ou l’une de la porte 14.
Les première partie 22 et deuxième partie 24 peuvent être réalisées en matériau rigide, tel qu’un matériau métallique, en matériau composite, en matériau plastique. Par « rigide », on entend un matériau non déformable élastiquement sous l’action d’une sollicitation exercée.
Le mode de réalisation illustré sur les figures 7 et 8 dans lequel les mêmes éléments portent les mêmes références, diffère du mode de réalisation illustré sur les figures 4 à 6 uniquement par l’organe de déviation de fluides externes.
Tel qu’illustré en détails sur les figures 7 et 8, l’organe 30 de déviation des fluides comprend une première partie 32 solidaire de la porte 14 et s’étendant axialement dans le jeu axial J et vers le cadre aval 13b de la structure fixe 12 de l’inverseur de poussée 10.
Un espace axial (non référencé) subsiste entre une extrémité libre de ladite première partie 32 et le cadre aval 13b de la structure fixe 12. L’espace axial est plus petit que le jeu axial.
Tel qu’illustré, la première partie en saillie 32 est fixée sur le bord d’extrémité aval 14a de ladite porte 14.
L’organe 30 de déviation des fluides comprend en outre une deuxième partie 34 solidaire de la structure fixe 12, notamment fixée sur l’extrémité amont du cadre aval 13b de la structure fixe 12 et s’étendant axialement dans le jeu axial J et vers le bord d’extrémité aval 14a de la porte 14 de l’inverseur de poussée 10.
Un espace axial (non référencé) subsiste entre une extrémité libre de ladite deuxième partie 34 et le bord d’extrémité aval 14a de la porte 14. L’espace axial est plus petit que le jeu axial.
Tel qu’illustré, la première et la deuxième parties en saillie 32, 34 sont en contact radial l’une avec l’autre. En d’autres termes, la première partie 32 est en appui radial sur la deuxième partie 34. Les contacts entre la première partie 32 et la deuxième partie 34 sont visibles en détails sur la . Ainsi, on observe que la première partie 32 et la deuxième partie 34 sont en contact le long de deux zones de contacts (non référencées).
Ainsi, la première et la deuxième parties en saillie 32, 34 de l’organe 30 de déviation des fluides forment une barrière permettant aux fluides externes d’être redirigés vers l’extérieur de l’inverseur de poussée 10 pour longer le cadre aval 13b de la structure fixe 12.
L’installation motrice selon l’invention est remarquable en ce que la source comporte un générateur électrique et un système de stockage d’énergie électrique agencé électriquement en parallèle du générateur électrique, le générateur électrique étant muni d’au moins une pile à combustible, et le système de stockage d’énergie électrique est muni d’au moins un dispositif de stockage d’énergie électrique rechargeable et d’un convertisseur électrique réversible.
L’installation motrice selon l’invention est notamment destinée à la propulsion d’un véhicule, et d’un aéronef en particulier, tel un aéronef à voilure tournante muni d’au moins un rotor. L’installation motrice permet par exemple d’entraîner en rotation le ou les rotors d’un aéronef par l’intermédiaire d’une ou de plusieurs boîtes de transmission mécanique de puissance.
En étant agencé électriquement en parallèle du générateur électrique, le système de stockage d’énergie électrique peut avantageusement délivrer de façon transitoire une puissance électrique complémentaire destiné au dispositif moteur, à savoir en complément de la puissance électrique délivrée par le générateur électrique.
En effet, lors d’une augmentation importante de la puissance que doit délivrer l’installation motrice selon l’invention, la tension électrique du courant électrique délivré par la ou les piles à combustible, et donc aux bornes de ce générateur, peut diminuer de façon transitoire le temps que la ou les piles à combustible répondent à cette sollicitation et fournissent la puissance électrique requise. Cette baisse de la tension électrique du courant électrique délivré par la ou les piles à combustible a pour conséquence une baisse de tension électrique du courant électrique aux bornes du dispositif moteur. La puissance mécanique fournie par le générateur électrique de l’installation motrice peut alors être transitoirement inférieure à la puissance attendue rendant par exemple difficile la réalisation de la manœuvre en cours.
En effet, la pile peut comporter un moyen de gestion régulant le débit d’alimentation du combustible en réponse aux différentes sollicitations en courant électrique. Par exemple, suite à une forte sollicitation, la tension électrique du courant électrique délivré par la ou les piles à combustible diminue dans un premier temps, ce qui provoque en réaction une augmentation du débit d’alimentation du combustible par le moyen de gestion, puis une augmentation de la tension électrique du courant électrique délivré par la ou les piles à combustible afin de répondre à la forte sollicitation.
Le système de stockage d’énergie électrique de l’installation motrice selon l’invention permet alors de compenser une chute de tension électrique du premier courant électrique aux bornes du générateur électrique lors d’une demande instantanée de puissance importante. L’installation motrice selon l’invention peut ainsi fournir la puissance requise sensiblement instantanément et permettre, par exemple, la réalisation de la manœuvre souhaitée par l’aéronef équipé de cette installation motrice.
La fourniture d’une puissance électrique complémentaire par le système de stockage d’énergie électrique est soumise à la disponibilité d’énergie électrique dans le ou les dispositifs de stockage d’énergie électrique rechargeables, à savoir à la quantité d’énergie électrique contenue dans le ou les dispositifs de stockage d’énergie électrique rechargeables.
Lorsque la tension électrique aux bornes du générateur électrique est supérieure au besoin du dispositif moteur, la recharge de chaque dispositif de stockage d’énergie électrique rechargeable est possible à l’aide du surplus de puissance électrique fournie par le générateur électrique, via le convertisseur électrique réversible.
La ou les piles à combustible peuvent être de différentes technologies. Une pile à combustible peut être par exemple à membrane d'échange de protons, désignée également par l'acronyme PEM pour la désignation en langue anglaise « Proton Electro Membrane », à basse température ou haute température. Une pile à combustible peut aussi être à oxydes solides désignée également par l'acronyme SOFC pour la désignation en langue anglaise « Solid Oxide Fuel Cells ». D’autres types de piles à combustible peuvent aussi être utilisés.
Le générateur électrique de l’installation motrice selon l’invention peut comporter des piles à combustible d’une même technologie, voire identiques. Alternativement, le générateur électrique de l’installation motrice selon l’invention peut comporter des piles à combustible de technologies différentes.
L’installation motrice peut aussi contenir au moins un réservoir relié à ladite au moins une pile à combustible et contenant le combustible alimentant ladite au moins une pile à combustible. Le combustible est par exemple de l’hydrogène ou le gaz naturel.
Un dispositif de stockage d’énergie électrique rechargeable peut être de différents types, et comporter par exemple un accumulateur, une batterie rechargeable ou encore une super-capacité. Le système de stockage d’énergie électrique peut comporter des dispositifs de stockage d’énergie électrique rechargeables de plusieurs types différents afin d’une part de s’adapter au besoin de l’installation motrice selon l’invention, les pics de charge et les transitoires de charge électriques relatifs au fonctionnement du dispositif moteur requérant à la fois une capacité de stockage élevée et une puissance élevée et, d’autre part, d’optimiser leurs performances et leurs durées de vie. Les pics de charge électriques correspondent par exemple à une augmentation du besoin en puissance électrique de très courte durée, de l'ordre d’une dizaine à quelques centaines de millisecondes. Les transitoire de charge électriques correspondent quant à eux à une augmentation du besoin en puissance électrique de plus longue durée, de l'ordre de quelques secondes à quelques dizaines de secondes.
Le générateur électrique peut être dimensionné pour fournir seul la puissance électrique nécessaire pour toutes les phases de fonctionnement stabilisées du dispositif moteur, le système de stockage d’énergie fournissant de façon transitoire la puissance électrique complémentaire nécessaire pour les changements de phases de fonctionnement du dispositif moteur et lors des pics de puissance par exemple. Lorsque l’installation motrice équipe un aéronef, les phases de fonctionnement stabilisées du dispositif moteur correspondent par exemple aux phases de vol de croisière, de décollage, d’atterrissage, de vol stationnaire ou encore de vol ascendant ou descendant. Le système de stockage d’énergie fournit alors la puissance électrique complémentaire notamment lors des changements de phases de vol et les manœuvres exigeantes et consommatrices en puissance motrice.
Afin de limiter sa masse, voire sa consommation en combustible, le générateur électrique peut être dimensionné pour fournir seul la puissance électrique nécessaire pour certaines phases de fonctionnement du dispositif moteur, par exemples les phases de vol qui ne sont pas les plus exigeantes et consommatrices en puissance électrique consommée, telles que la phase de roulage au sol, la phase de vol d’avancement, la phase de vol de croisière en palier ou la phase de vol en descente pour un aéronef. Le système de stockage d’énergie fournit alors la puissance électrique complémentaire nécessaire lors des autres phases de fonctionnement du dispositif moteur, telles que la phase de décollage, d’atterrissage, de vol stationnaire et de vol ascendant pour un aéronef. Le système de stockage d’énergie fournit également de façon transitoire la puissance électrique complémentaire nécessaire lors des changements de phases de fonctionnement du dispositif moteur et lors des pics de puissance par exemple.