WO2012089961A1 - Système de récupération d'énergie électrique dans un véhicule automobile - Google Patents

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Nicolas Gelez
Julien Hobraiche
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Valeo Systemes De Controle Moteur
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Definitions

  • the present invention relates to a system for recovering electrical energy in a motor vehicle. It also relates to a power supply device for a motor vehicle, an electrical energy storage means and a corresponding electrical energy recovery method.
  • the present invention relates to the field of motor vehicles using a regenerative braking function.
  • a recuperative braking device is able to recover a portion of this energy in order to transform it into electrical energy which is then stored in an electric battery in order to supply different equipment of the vehicle.
  • the regenerative braking devices and the batteries are installed in the vehicle during manufacture by the manufacturer.
  • the additional cost due to this installation which depends mainly on the capacity of the batteries, is then reflected in the purchase price of the vehicle.
  • the present invention aims to remedy this disadvantage.
  • a first aspect of the invention relates to a system for recovering electrical energy in a motor vehicle comprising means for storing an electrical energy supplied by a rotating electrical machine of the vehicle, during a regenerative braking of said vehicle, wherein said storage means is removable.
  • the user of the vehicle can decide at will, depending on the type of path he intends to perform to install or not the removable storage means of the energy recovered during a deceleration.
  • the additional cost of the regenerative braking device is not supported by the user in the purchase price of the vehicle but outside this purchase price, according to the need of the user.
  • the removable nature of the storage means allows the user to choose the storage capacity according to his own needs so as to have a regenerative braking device sized to the fair according to these needs.
  • the energy recovery system comprises means for detecting the presence of the storage means.
  • the regenerative braking operation only takes place when a means of storing the recovered energy is detected.
  • the energy recovery system comprises means for identifying the storage capacity and the state of charge of the storage means.
  • the energy recovery system further comprises means for controlling the storage of energy in the storage means as a function of the storage capacity and the state of charge identified.
  • the control means decide to trigger the regenerative braking.
  • the control means decide not to trigger the regenerative braking.
  • a second aspect of the invention relates to a power supply device for a motor vehicle comprising an energy recovery system according to the first aspect of the invention and a main storage battery of electrical energy intended to be permanently present in the vehicle distinct from the removable storage means.
  • the main battery is a conventional battery in which is stored the electrical energy provided by the rotating electrical machine during the movement of the vehicle. This energy is then returned to the various electrical and electronic equipment embedded in the vehicle.
  • This main battery usually lead, is configured primarily to start the vehicle. It is recharged by the rotating electrical machine operating alternator whether or not the vehicle is in the regenerative braking phase. Its technology requires long recharging phases. It is not adapted to be charged with large currents for a short time and is therefore not suitable for recovery of energy regenerative braking.
  • the energy recovered during a regenerative braking is stored in a separate, removable storage means, the technology of which can be adapted to these specific charging conditions.
  • the power supply device further comprises a DC-DC voltage converter connecting the storage means and / or the main battery to an electrical distribution network of the vehicle. It is thus possible to supply the electrical energy stored in the storage means and the main battery to the various consumer equipment connected to the electrical distribution network of the vehicle at the desired voltage.
  • a third aspect of the invention relates to an electrical energy storage means adapted for use in a power supply device according to the second aspect of the invention.
  • This storage means is adapted to be charged with large currents for a short time to ensure recovery of energy from regenerative braking.
  • the storage means comprises a super-capacitor, that is to say a capacitor of very large capacity.
  • the super-capacitor has the advantage of being indifferent to the number of charge / discharge cycles and their depth, and it has little stress at the level of the charging voltage which can vary in important proportions.
  • this super capacity can be sized for frequent city braking or for heavy braking.
  • a fourth aspect of the invention relates to a method for recovering electrical energy in a motor vehicle comprising a step of storing an electrical energy supplied by a rotating electrical machine of the vehicle, during a regenerative braking of said vehicle, in a means of storing removable electrical energy.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating the structure of a power supply device according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating the operation of the energy recovery method according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 1 illustrates the structure of a power supply device comprising an electrical energy recovery system according to one embodiment of the invention.
  • a rotating electrical machine 2 In a motor vehicle, a rotating electrical machine 2, operating in alternator mode, provides, from a mechanical energy displacement of the vehicle, an alternative electrical energy. During a recuperative braking operation, the rotating electrical machine 2 transforms the kinetic energy resulting from the braking into electrical energy.
  • An AC / DC voltage converter 4 is connected to the machine 2.
  • the AC / DC converter 4 is here a voltage rectifier type for converting three-phase AC voltages supplied by the machine 2 into a DC voltage for supplying a power distribution network 5 of the vehicle.
  • the machine 2 is reversible and operates as an alternator-starter.
  • the converter 4 is also reversible. It operates inverter to supply with three-phase AC voltages the machine 2 which then operates in electric motor or starter mode to start the engine of the vehicle.
  • the converter 4 is connected to a main battery 6 intended to store the converted electrical energy resulting from the displacement of the car, excluding the converted electrical energy resulting from regenerative braking which is advantageously stored, according to the invention , in a removable storage means 8.
  • a battery designates any device forming a rechargeable electrical energy device, at the terminals of which a non-zero DC voltage is available at least in a non-zero load state of the device.
  • the main battery 6 is permanently present in the vehicle. It is conventionally a lead battery.
  • the removable storage means 8 is, in a particular embodiment, a super-capacity powered by the machine 2 via the converter 4 during a regenerative braking.
  • the main battery 6 and the removable storage means 8 are optionally connected to a DC / DC voltage converter 10. (DC / DC) reversible which allows energy transfers with adequate voltages.
  • the converter 10 is connected to the electrical distribution network 5 of the vehicle.
  • This network comprises electronic or electrical equipment embedded in the vehicle, said consumers or receivers of electrical energy.
  • These electrical consumers include, but are not limited to, lights, traffic lights, radios, air conditioning equipment pumps and / or valves, windshield wiper motors, etc.
  • the main battery 6 is, for example, on the distribution network 5.
  • the DC / DC converter 10 is located, on the one hand, between the AC / DC converter 4 and the network 5 and, on the other hand, on the other hand, between the AC / DC converter 4 and the removable storage means 8. This makes it easier to take into account the different charge levels, in particular the storage means 8.
  • the converter 10 may also be connected to the converter 4, in particular in the embodiment according to which the rotating machine 2 is reversible.
  • the converter 4 then operates in inverter mode to supply an alternating current to the machine 2 in order to start the engine.
  • One or more separate DC / DC converters may be provided between the inverter / rectifier 4 and the storage means 8 and / or between the on-board network 5 and the storage means 8.
  • An engine control unit 14 called ECU (“Engine Control Unit”) is also provided to control the operation of the rotating machine 2.
  • ECU 14 includes control means 16 of the regenerative braking.
  • FIG. 2 illustrates the operation of the energy recovery system during regenerative braking according to one embodiment of the invention.
  • the user installs, in anticipation of urban journeys, in the vehicle the storage means 8.
  • the ECU 14 detects, in step 20, the presence of the storage means
  • the ECU 14 identifies the storage means 8.
  • the storage means 8 is identified as a super capacity sized for frequent city braking.
  • the ECU unit 14 comprises a list of identifiers corresponding to a a plurality of possible storage means adapted to different types of regenerative braking. It also has means of updating this list.
  • the ECU 14 also identifies the capacity of the storage means 8 as well as its state of charge SOC (State of Charge).
  • SOC State of Charge
  • the state of charge is transmitted directly, in step 22, from the storage means 8 to the ECU unit 14.
  • control means 16 decide, in step 24, not to trigger regenerative braking during a deceleration of the vehicle. This situation occurs, for example, when a load of the storage means 8 may damage it.
  • control means 16 decide, in step 26, to trigger a regenerative braking during a deceleration of the vehicle.
  • the energy recovered during this braking is then stored, in step 28, in the storage means 8.

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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 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
- 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 Γ 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

Revendications
1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel la batterie principale (6) est raccordée au réseau de distribution (5).
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. Moyen de stockage (8) selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une super-capacité.
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, caractérisé en ce que ledit moyen de stockage (8) est amovible.
PCT/FR2011/053093 2010-12-30 2011-12-20 Système de récupération d'énergie électrique dans un véhicule automobile WO2012089961A1 (fr)

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