FR2969965A1 - Systeme de recuperation d'energie electrique dans un vehicule automobile. - Google Patents

Systeme de recuperation d'energie electrique dans un vehicule automobile. Download PDF

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Abstract

Ce système de récupération d'énergie électrique dans un véhicule automobile comprenant un moyen de stockage (8) d'une énergie électrique fournie par une machine électrique tournante (2) du véhicule, lors d'un freinage récupératif dudit véhicule est caractérisé en ce que ledit moyen de stockage (8) est amovible.

Description

Système de récupération d'énergie électrique dans un véhicule automobile
La présente invention concerne un système de récupération d'énergie électrique dans un véhicule automobile. Elle concerne également un dispositif d'alimentation électrique pour véhicule automobile, un moyen de stockage d'énergie électrique et un procédé de récupération d'énergie électrique correspondants. Plus particulièrement, la présente invention concerne le domaine des véhicules automobiles utilisant une fonction de freinage récupératif. Lors d'une décélération d'un véhicule automobile, de l'énergie cinétique est dissipée sous forme de chaleur dans les disques de frein. Un dispositif de freinage récupératif est apte à récupérer une partie de cette énergie afin de la transformer en une énergie électrique qui est alors stockée dans une batterie électrique afin d'alimenter différents équipements du véhicule. Dans l'état de la technique, les dispositifs de freinage récupératif et les batteries sont installés dans le véhicule lors de sa fabrication par le constructeur. Le surcoût dû à cette installation, qui dépend essentiellement de la capacité des batteries, est alors répercuté dans le prix d'achat du véhicule.
Or un tel dispositif de freinage récupératif ne présente d'intérêt que sur des trajets comportant de nombreuses phases d'accélération et de décélération, c'est à dire des cycles urbains. Sur des cycles autoroutiers, où les freinages sont peu nombreux, l'intérêt d'un tel dispositif est faible. Ainsi, les utilisateurs amenés à effectuer des trajets urbains peuvent trouver un intérêt à ce que leurs véhicules soient équipés d'un dispositif de freinage récupératif alors que les utilisateurs effectuant essentiellement des trajets autoroutiers aimeraient bien s'en passer et ne pas avoir à supporter son surcoût lors de l'achat du véhicule. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient.
A cet effet, un premier aspect de l'invention concerne un système de récupération d'énergie électrique dans un véhicule automobile comprenant un moyen de stockage d'une énergie électrique fournie par une machine électrique tournante du véhicule, lors d'un freinage récupératif dudit véhicule, dans lequel ledit moyen de stockage est amovible.
Grâce au système selon l'invention, l'utilisateur du véhicule peut décider à son gré, selon le type de trajet qu'il compte effectuer d'installer ou non le moyen de stockage amovible de l'énergie récupérée lors d'une décélération.
Ainsi, le surcoût du dispositif de freinage récupératif n'est pas supporté par l'utilisateur dans le prix d'achat du véhicule mais en dehors de ce prix d'achat, selon le besoin de l'utilisateur. Le caractère amovible du moyen de stockage permet à l'utilisateur de choisir la capacité de stockage selon ses propres besoins de sorte à avoir un dispositif de freinage récupératif dimensionné au plus juste selon ces besoins. Selon une caractéristique, le système de récupération d'énergie comprend des moyens de détection de la présence du moyen de stockage. Ainsi, l'opération de freinage récupératif n'a lieu que lorsqu'un moyen de stockage de l'énergie récupérée est détecté. Selon une autre caractéristique, le système de récupération d'énergie comprend des moyens d'identification de la capacité de stockage et de l'état de charge du moyen de stockage. Avantageusement, le système de récupération d'énergie comprend en outre des moyens de commande du stockage d'énergie dans le moyen de stockage en fonction de la capacité de stockage et de l'état de charge identifiés. Ainsi, lorsque la capacité de stockage et l'état de charge du moyen de stockage le permettent, les moyens de commande décident de déclencher le freinage récupératif. Au contraire, lorsque la capacité de stockage et l'état de charge du moyen de stockage sont tels qu'il n'est plus possible de charger le moyen de stockage, les moyens de commande décident de ne pas déclencher le freinage récupératif. Un deuxième aspect de l'invention concerne un dispositif d'alimentation électrique pour véhicule automobile comprenant un système de récupération d'énergie selon le premier aspect de l'invention et une batterie principale de stockage d'énergie électrique destinée à être présente à demeure dans le véhicule distincte du moyens de stockage amovible. La batterie principale est une batterie conventionnelle dans laquelle est stockée l'énergie électrique fournie par la machine électrique tournante lors du déplacement du véhicule. Cette énergie est ensuite restituée aux différents équipements électriques et électroniques embarqués dans le véhicule. Cette batterie principale, habituellement au plomb, est configurée, principalement, pour assurer le démarrage du véhicule. Elle est rechargée par la machine électrique tournante fonctionnant en alternateur que le véhicule soit ou non en phase de freinage récupératif. Sa technologie nécessite des phases de recharge longues. Elle n'est pas adaptée pour être chargée avec des courants importants pendant un temps court et n'est donc pas adaptée pour à une récupération de l'énergie issue du freinage récupératif. Ainsi, dans le dispositif d'alimentation de l'invention, l'énergie récupérée lors d'un freinage récupératif est stockée dans un moyen de stockage distinct, amovible, dont la technologie pourra être adaptée à ces conditions de recharge spécifique.
Avantageusement, le dispositif d'alimentation électrique comprend en outre un convertisseur de tension continu-continu raccordant le moyen de stockage et/ou la batterie principale à un réseau de distribution électrique du véhicule. Il est ainsi possible de fournir l'énergie électrique emmagasinée dans le moyen de stockage et la batterie principale aux différents équipements consommateurs raccordés au réseau de distribution électrique du véhicule, à la tension désirée. Un troisième aspect de l'invention concerne un moyen de stockage d'énergie électrique adapté pour être utilisé dans un dispositif d'alimentation électrique selon le deuxième aspect de l'invention. Ce moyen de stockage est adapté pour être chargé avec des courants importants pendant un temps court pour assurer une récupération de l'énergie issue du freinage récupératif. Avantageusement, le moyen de stockage comprend une super-capacité c'est-à-dire un condensateur de très grande capacité. Par rapport à une batterie classique au plomb, la super-capacité présente l'avantage d'être indifférente au nombre de cycles de charge/décharge et à leur profondeur et elle est peu contrainte au niveau de la tension de charge qui peut varier dans des proportions importantes. Selon les besoins de l'utilisateur, cette super-capacité peut être dimensionnée pour un freinage citadin fréquent ou pour de gros freinages. Un quatrième aspect de l'invention concerne un procédé de récupération d'énergie électrique dans un véhicule automobile comprenant une étape de stockage d'une énergie électrique fournie par une machine électrique tournante du véhicule, lors d'un freinage récupératif dudit véhicule, dans un moyen de stockage d'énergie électrique amovible. On va maintenant décrire des exemples de réalisation de l'invention de 30 façon plus précise, mais non limitative, en regard des, dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma synoptique illustrant la structure d'un dispositif d'alimentation électrique selon un mode de réalisation de l'invention, et 35 - la figure 2 est un organigramme illustrant le fonctionnement du procédé de récupération d'énergie selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 1 illustre la structure d'un dispositif d'alimentation électrique comprenant un système de récupération d'énergie électrique selon un mode de réalisation de l'invention. Dans un véhicule automobile, une machine électrique tournante 2, fonctionnant en mode alternateur, fournit, à partir d'une énergie mécanique de déplacement du véhicule, une énergie électrique alternative. Lors d'une opération de freinage récupératif, la machine électrique tournante 2 transforme l'énergie cinétique issue du freinage en énergie électrique. Un convertisseur 4 de tension alternatif-continu (AC/DC) est raccordé à la machine 2. Le convertisseur AC/DC 4 est ici de type redresseur de tension permettant de convertir des tensions alternatives triphasées fournies par la machine 2 en une tension continue pour alimenter un réseau 5 de distribution électrique du véhicule. Dans un mode de réalisation de l'invention, la machine 2 est réversible et fonctionne en alterno-démarreur. Dans ce cas, le convertisseur 4 est également réversible. Il fonctionne en onduleur pour alimenter avec des tensions alternatives triphasées la machine 2 qui fonctionne alors en mode moteur électrique ou démarreur pour démarrer le moteur thermique du véhicule. Cela étant, l'application de l'invention à des machines électriques tournantes assurant une fonction de propulsion, dans le cas de voitures électriques ou à motorisation hybride, est aussi possible. Le convertisseur 4 est raccordé à une batterie principale 6 destinée à stocker l'énergie électrique convertie issue du déplacement de la voiture, à l'exclusion de l'énergie électrique convertie issue d'un freinage récupératif qui est avantageusement stockée, selon l'invention, dans un moyen de stockage 8 amovible. Dans le cadre de la présente invention, une batterie désigne tout dispositif formant un dispositif d'énergie électrique rechargeable, aux bornes duquel une tension électrique continue non nulle est disponible au moins dans un état de charge non nul du dispositif La batterie principale 6 est présente à demeure dans le véhicule. Elle est conventionnellement une batterie au plomb. Le moyen de stockage 8 amovible est, dans un mode de réalisation particulier, une super-capacité alimentée par la machine 2 via le convertisseur 4 lors d'un freinage récupératif.
La batterie principale 6 et le moyen de stockage 8 amovible sont éventuellement raccordés à un convertisseur 10 de tension continu-continu (DC/DC) réversible qui permet des transferts d'énergie avec les tensions adéquates. Le convertisseur 10 est raccordé au réseau 5 de distribution électrique du véhicule. Ce réseau comprend des équipements électroniques ou électriques embarqués dans le véhicule, dits consommateurs ou récepteurs d'énergie électrique. Ces consommateurs électriques sont, entre autres, des phares d'éclairage, des feux de signalisation, une radio, des pompes et/ou vannes d'équipement de climatisation, des moteurs d'essuie-glaces, etc. La batterie principale 6 se trouve, par exemple, sur le réseau de distribution 5. Autrement dit, le convertisseur DC/DC 10 est situé, d'une part, entre le convertisseur AC/DC 4 et le réseau 5 et, d'autre part, entre le convertisseur AC/DC 4 et le moyen de stockage amovible 8. On facilite ainsi la prise en compte des différents niveaux de charge, en particulier des moyens de stockage 8.
Le convertisseur 10 pourra également être raccordé au convertisseur 4, en particulier dans le mode de réalisation selon lequel la machine tournante 2 est réversible. Le convertisseur 4 fonctionne alors en mode onduleur pour fournir un courant alternatif à la machine 2 afin de démarrer le moteur thermique. Un ou des convertisseurs DC/DC distincts pourront être prévus entre l'onduleur/redresseur 4 et le moyen de stockage 8 et/ou entre le réseau de bord 5 et le moyen de stockage 8. Une unité de contrôle moteur 14 dite ECU (« Engine Control Unit ») est également prévue afin de commander le fonctionnement de la machine tournante 2.
Avantageusement, selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité ECU 14 comprend des moyens de commande 16 du freinage récupératif. L'organigramme de la figure 2 illustre le fonctionnement du système de récupération d'énergie lors d'un freinage récupératif selon un mode de réalisation de l'invention.
Lors d'une étape préalable non représentée, l'utilisateur installe, en prévision de trajets urbains, dans le véhicule le moyen de stockage 8. L'unité ECU 14 détecte, à l'étape 20, la présence du moyen de stockage 8. A l'étape 22, l'unité ECU 14 identifie le moyen de stockage 8. A titre d'exemple, le moyen de stockage 8 est identifié comme étant une super-capacité dimensionnée pour un freinage citadin fréquent. A cet effet, selon un mode de réalisation, l'unité ECU 14 comprend une liste d'identifiants correspondant à une pluralité de moyens de stockage possibles adaptés à différents types de freinage récupératif. Elle dispose également de moyens de mise à jour de cette liste. Lors de l'étape 22, l'unité ECU 14 identifie également la capacité du moyen de stockage 8 ainsi que son état de charge SOC (« State Of Charge »). A titre d'exemple, l'état de charge est transmis directement, à l'étape 22, du moyen de stockage 8 vers l'unité ECU 14. Si l'état de charge et la capacité identifiés à l'étape 22 ne permettent pas de charger le moyen de stockage 8, les moyens de commande 16 décident, à l'étape 24, de ne pas déclencher de freinage récupératif lors d'une décélération du véhicule. Cette situation intervient, par exemple, lorsqu'une charge du moyen de stockage 8 risque de l'endommager. Si l'état de charge et la capacité identifiés à l'étape 22 permettent de charger le moyen de stockage 8, les moyens de commande 16 décident, à l'étape 26, de déclencher un freinage récupératif lors d'une décélération du véhicule.
L'énergie récupérée lors de ce freinage est alors stockée, à l'étape 28, dans le moyen de stockage 8.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Système de récupération d'énergie électrique dans un véhicule automobile comprenant un moyen de stockage (8) d'une énergie électrique fournie par une machine électrique tournante (2) du véhicule, lors d'un freinage récupératif dudit véhicule, caractérisé en ce que ledit moyen de stockage (8) est amovible.
  2. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection (14) de la présence dudit moyen de stockage (8).
  3. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'identification (14) de la capacité de stockage et de l'état de charge du moyen de stockage (8).
  4. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (16) du stockage d'énergie dans le moyen de stockage (8) en fonction de la capacité de stockage et de l'état de charge identifiés.
  5. 5. Dispositif d'alimentation électrique pour véhicule automobile comprenant un système de récupération d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 et une batterie principale (6) de stockage d'énergie électrique destinée à être présente à demeure dans le véhicule, distincte du moyen de stockage (8) amovible.
  6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un convertisseur (10) de tension continu-continu raccordant le moyen de stockage (8) à un réseau (5) de distribution électrique du véhicule.
  7. 7. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel la batterie principale 25 (6) est raccordée au réseau de distribution (5).
  8. 8. Moyen de stockage (8) d'énergie électrique adapté pour être utilisé dans un dispositif d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7.
  9. 9. Moyen de stockage (8) selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il 30 comprend une super-capacité.
  10. 10. Procédé de récupération d'énergie électrique dans un véhicule automobile comprenant une étape de stockage (28) d'une énergie électrique fournie par une machine électrique tournante (2) du véhicule, lors d'un freinage récupératif dudit véhicule, dans un moyen de stockage (8) d'énergie électrique, 35 caractérisé en ce que ledit moyen de stockage (8) est amovible.
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