FR3081392A1 - Architecture de traction a hydrogene pour vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur une architecture de traction (10) pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte: - un réservoir d'hydrogène (11), - une pile à combustible (12) destinée à être alimentée par ledit réservoir d'hydrogène (11), - une machine électrique tournante basse tension (13) associée à un onduleur de puissance (14) correspondant, - une batterie basse tension (15), et - une machine électrique tournante haute tension (17) associée à un onduleur de puissance (18) correspondant, - la machine électrique tournante basse tension (13) et la machine électrique tournante haute tension (17) étant des machines électriques tournantes réversibles aptes à fonctionner en mode moteur pour assurer une traction du véhicule automobile et en mode générateur notamment lors d'une phase de freinage récupératif.
Description
ARCHITECTURE DE TRACTION À HYDROGÈNE POUR VÉHICULE AUTOMOBILE
La présente invention porte sur une architecture de traction à hydrogène pour véhicule automobile.
On connaît des véhicules automobiles sur lesquels sont montées des piles à combustible du type à électrolyte polymère, alimentées en hydrogène et en oxygène. Les piles à combustible sont généralement utilisées comme source d'énergie principale destinée à propulser le véhicule au moyen d'un groupe motopropulseur de type électrique.
Le développement de ce type de véhicule est encore très limité ou au stade de l'expérimentation. L'une des raisons majeures pour lesquelles les piles à combustible tardent à être exploitées massivement, notamment sur des véhicules destinés au grand public, réside incontestablement dans la difficulté d'approvisionnement en hydrogène.
L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant une architecture de traction pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte:
- un réservoir d'hydrogène, une pile à combustible destinée à être alimentée par ledit réservoir d'hydrogène,
- une machine électrique tournante basse tension associée à un onduleur de puissance correspondant,
- une batterie basse tension, et
- une machine électrique tournante haute tension associée à un onduleur de puissance correspondant,
- la machine électrique tournante basse tension et la machine électrique tournante haute tension étant des machines électriques tournantes réversibles aptes à fonctionner en mode moteur pour assurer une traction du véhicule automobile et en mode générateur notamment lors d'une phase de freinage récupératif.
L'invention permet ainsi, grâce à l'utilisation combinée de la pile à combustible et de la batterie électrique, de garantir une traction du véhicule lorsque la quantité d'hydrogène dans le réservoir est épuisée. L'utilisation de deux machines électriques tournantes et de deux modules de stockage d'énergie différentes permet en outre de remplir les exigences de redondance d'architecture imposées par les véhicules autonomes. En outre, l'invention permet d'optimiser l'accélération du véhicule automobile ainsi que son autonomie et sa fiabilité.
Selon une réalisation, la machine électrique tournante basse tension et la machine électrique tournante haute tension sont reliées à un différentiel du véhicule automobile.
Selon une réalisation, le différentiel comporte des rapports de réduction différents pour la machine électrique tournante basse tension et la machine électrique tournante haute tension. Cela permet de garantir un décollage puissant et d'optimiser la consommation électrique à haute vitesse.
Selon une réalisation, l'onduleur de puissance de la machine électrique tournante haute tension est interfacé avec un réseau électrique basse tension par l'intermédiaire d'un convertisseur continu-continu.
Selon une réalisation, ladite architecture de traction comporte un chargeur destiné à être connecté à une source d'alimentation externe au véhicule.
Selon une réalisation, le chargeur est configuré pour transformer une haute tension issue de la source d'alimentation externe en une basse tension pour recharger la batterie basse tension.
Selon une réalisation, un dispositif de désaccouplement est apte à déconnecter la machine électrique tournante basse tension par rapport à des roues du véhicule automobile.
Selon une réalisation, la tension de fonctionnement de la machine électrique tournante basse tension est inférieure à 60 Volts, et vaut de préférence 48 Volts.
Selon une réalisation, la tension de fonctionnement de la machine électrique tournante haute tension est supérieure à 200 Volts et vaut environ 300 Volts.
Selon une réalisation, la machine électrique tournante basse tension présente une puissance comprise entre 15kW et 25kW.
Selon une réalisation, la machine électrique tournante haute tension présente une puissance comprise entre 40kW et 80kW.
Selon une réalisation, la machine électrique tournante basse tension et la machine électrique tournante haute tension sont de type synchrone à aimants permanents ou à excitation ou de type asynchrone.
L'invention a également pour objet un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte une architecture de traction telle que précédemment définie.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 est une représentation schématique d'une architecture de traction selon la présente invention;
La figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de désaccouplement d'une machine électrique tournante utilisée dans l'architecture de traction selon l'invention;
Les figures 3a et 3b sont des représentations schématiques d'un dispositif de blocage des roues du véhicule utilisé dans l'architecture de traction selon l'invention respectivement en position déverrouillée et en position verrouillée.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.
La figure 1 montre une architecture de traction 10 pour véhicule automobile comportant un réservoir d'hydrogène 11, une pile à combustible 12 alimentée par ledit réservoir d'hydrogène 11, une machine électrique tournante basse tension 13 associée à un onduleur de puissance 14 correspondant, une batterie basse tension 15, et une machine électrique tournante haute tension 17 associée à un onduleur de puissance 18 correspondant.
La machine électrique basse tension 13 et la machine électrique haute tension 17 sont des machines électriques réversibles aptes à fonctionner en mode moteur pour assurer une traction du véhicule automobile et en mode générateur notamment lors d'une phase de freinage récupératif.
La tension de fonctionnement de la machine électrique basse tension 13 et de la batterie basse tension 15 est inférieure à 60 Volts, et vaut de préférence 48 Volts. La tension de fonctionnement de la machine électrique haute tension 17 est supérieure à 200 Volts et vaut environ 300 Volts. Suivant un exemple de réalisation, la machine électrique basse tension 13 présente une puissance comprise entre 15kW et 25kW, tandis que la machine électrique haute tension 17 présente une puissance comprise entre 40kW et 80kW. De telles machines électriques 13, 17 permettent de garantir une bonne accélération et une vitesse de pointe élevée du véhicule automobile.
Les machines électriques 13, 17 pourront par exemple être des machines de type synchrone à aimants permanents ou à excitation. En variante, on pourra également utiliser des machines électriques 13, 17 de type asynchrone. Les machines électriques 13, 17 pourront être d'un même type ou de types différents. Le circuit de refroidissement des machines électriques 13, 17 pourra être à base d'eau ou d'huile.
Avantageusement, le réservoir d'hydrogène 11 présente une autonomie de l'ordre de 600km, tandis que la batterie basse tension 15 présente une autonomie de l'ordre de 100km. On garantit ainsi un roulage électrique du véhicule même lorsque la quantité d'hydrogène dans le réservoir 11 est épuisée.
Les machines électriques 13, 17 sont implantées sur un même train du véhicule, en l'occurrence le train avant 21. Le réservoir d'hydrogène 11 est implanté du côté du train arrière 22, par exemple en sous caisse. En variante, la configuration pourra être inversée, c’est-à-dire que les deux machines électriques 13, 17 pourront être implantées sur le train arrière 22 et le réservoir 11 pourra être disposé du côté du train avant 21.
La machine électrique basse tension 13 et la machine électrique haute tension 17 sont reliées à un différentiel 23 du véhicule automobile. Le différentiel 23 comporte avantageusement des rapports de réduction R1, R2 différents pour la machine électrique basse tension 13 et la machine électrique haute tension 17. Cela permet de garantir un décollage puissant et d'optimiser la consommation électrique à haute vitesse.
En outre, un dispositif de désaccouplement 25 est apte à déconnecter la machine électrique 13 par rapport aux roues 26 lorsque l'utilisation de cette machine n'est pas requise. Si besoin, un dispositif de désaccouplement 25 pourra également être associé à la machine électrique haute tension 17.
Comme on peut le voir sur la figure 2, le dispositif de désaccouplement 25 comporte un actionneur 27 à électro-aimant apte à commander l'engagement d'un crabot 28 avec une pièce de liaison 29 correspondante reliée aux roues 26 du véhicule. Pour des raisons de sécurité, le crabot 28 est par défaut dans un état déverrouillé si aucun courant n'est appliqué à l'électro-aimant 27.
Pour faire passer le dispositif 25 d'un état déverrouillé à un état verrouillé, la machine électrique 13 synchronise son régime avec celui des roues 26 au rapport de démultiplication près. Lors de la reconnexion, le contrôle du courant est effectué, de sorte que l’actionneur à électro-aimant 27 engage le crabot 28 dans la pièce de liaison 29. Le dispositif 25 comporte au moins un capteur 30 apte à renvoyer la position du crabot 28 afin que l'unité de contrôle puisse confirmer la reconnexion de la machine électrique 13.
En outre, comme on peut le voir sur les figures 3a et 3b, un dispositif de blocage 32 des roues 26 du véhicule (dit dispositif de parklock en anglais) est intégré dans le différentiel 23. Ce dispositif de blocage 32 comporte un loquet 33 mobile entre une position déverrouillée dans laquelle le loquet 33 est dégagé des dents d'un pignon 34 d'un arbre relié directement ou indirectement aux roues 26 (cf. figure 3a) et une position verrouillée dans laquelle le loquet 33 est en prise avec les dents du pignon 34 (cf. figure 3b).
Le dispositif de blocage 32 comporte également au moins un capteur 35 nécessaire pour garantir la sûreté de son fonctionnement.
Comme on peut le voir sur la figure 1, la machine électrique 13 est connectée à un réseau électrique basse tension 37 sur lequel est également branchée la batterie 15. Ce réseau électrique 37 présente une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts et valant de préférence 48 Volts. D'autres charges électriques pourront également être connectées sur le réseau électrique 37. L'onduleur de puissance 18 de la machine électrique haute tension 17 est interfacé avec le réseau électrique 37 par l'intermédiaire d'un convertisseur continu-continu 40.
Par ailleurs, le réseau électrique 37 est interfacé avec le réseau de bord 42 par l'intermédiaire du convertisseur continu/continu 43. Le calculateur moteur 44 ainsi que des consommateurs électriques 45 du véhicule de type éclairage, actionneurs de vitres ou de sièges sont connectés au réseau de bord 42. Ce réseau de bord 42 est associé à une batterie 46 présentant une tension de fonctionnement inférieure à celle du réseau électrique 37. La tension de fonctionnement du réseau de bord 42 est de préférence de l'ordre de 12 Volts.
Avantageusement, un chargeur 48 est destiné à être connecté à une source d'alimentation externe au véhicule. Le chargeur 48 pourra être configuré pour transformer une haute tension issue de la source d'alimentation externe en une basse tension pour recharger la batterie basse tension 15. On minimise ainsi la durée de rechargement de la batterie 15.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Architecture de traction (10) pour véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comporte:- un réservoir d'hydrogène (11 ),- une pile à combustible (12) destinée à être alimentée par ledit réservoir d'hydrogène (11 ),- une machine électrique tournante basse tension (13) associée à un onduleur de puissance (14) correspondant,- une batterie basse tension (15), et- une machine électrique tournante haute tension (17) associée à un onduleur de puissance (18) correspondant,- la machine électrique tournante basse tension (13) et la machine électrique tournante haute tension (17) étant des machines électriques tournantes réversibles aptes à fonctionner en mode moteur pour assurer une traction du véhicule automobile et en mode générateur notamment lors d'une phase de freinage récupératif.
- 2. Architecture de traction (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la machine électrique tournante basse tension (13) et la machine électrique tournante haute tension (17) sont reliées à un différentiel (23) du véhicule automobile.
- 3. Architecture de traction (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le différentiel (23) comporte des rapports de réduction (R1, R2) différents pour la machine électrique tournante basse tension (13) et la machine électrique tournante haute tension (17).
- 4. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'onduleur de puissance (18) de la machine électrique tournante haute tension (17) est interfacé avec un réseau électrique (37) basse tension par l'intermédiaire d'un convertisseur continu-continu (40).
- 5. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte un chargeur (48) destiné à être connecté à une source d'alimentation externe au véhicule.
- 6. Architecture de traction (10) selon la revendication 5, caractérisée en ce que le chargeur (48) est configuré pour transformer une haute tension issue de la source d'alimentation externe en une basse tension pour recharger la batterie basse tension (15).
- 7. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'un dispositif de désaccouplement (25) est apte à déconnecter la machine électrique tournante basse tension (13) par rapport à des roues (26) du véhicule automobile.
- 8. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la tension de fonctionnement de la machine électrique tournante basse tension (13) est inférieure à 60 Volts, et vaut de préférence 48 Volts.
- 9. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la tension de fonctionnement de la machine électrique tournante haute tension (17) est supérieure à 200 Volts et vaut environ 300 Volts.
- 10. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la machine électrique tournante basse tension (13) présente une puissance comprise entre 15kW et 25kW.
- 11. Architecture de traction (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la machine électrique tournante haute tension (17) présente une puissance comprise entre 40kW et 80kW.
- 12. Architecture de traction (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la machine électrique tournante basse tension (13) et la machine électrique tournante haute tension (17) sont de type synchrone à aimants permanents ou à excitation ou de type asynchrone.
- 13. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte une architecture de traction (10) telle que définie selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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