ÉLECTRIQUE ADAPTÉE

La présente invention porte sur une machine électrique tournante à résistance électrique adaptée.

De façon connue en soi, un véhicule automobile de type électrique ou hybride comporte une machine électrique tournante intégrée dans la chaîne de traction, notamment dans la boîte de vitesses ou dans l'embrayage, ou implantée sur un des trains du véhicule automobile. La machine électrique est généralement une machine réversible apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer une traction du véhicule.

Les véhicules hybrides ou à rechargement sur un réseau externe (architecture dite "plug-in en anglais) permettent de réduire sensiblement les émissions de particules polluantes dans les cycles d’homologations ou hors des cycles, c'est à dire dans la vraie vie de roulage du véhicule automobile.

Une part importante de ces gains est obtenue en mode de récupération d’énergie lors d'une phase de freinage ou de décélération du véhicule. La phase de récupération d'énergie se produit le plus souvent dans des zones de fonctionnement à basse vitesse et pleine charge de la machine électrique, pour des durées courtes de l’ordre de 5 à 20 secondes.

L’invention vise à optimiser la configuration de la machine électrique sur ces points de fonctionnement en mode de récupération d’énergie en adaptant la résistance de la machine électrique et de l'onduleur associé en fonction de la résistance interne de la batterie. L'invention est particulièrement bien adaptée aux machines électriques ayant une tension de fonctionnement de 48V, dans la mesure où les résistances électriques des bobinages de ce type de machines électriques sont particulièrement faibles.

Plus précisément, l'invention a pour objet un ensemble pour véhicule automobile comportant:

- une batterie comportant une résistance interne, et - au moins une machine électrique tournante associée à un onduleur de puissance, la machine électrique tournante et l'onduleur de puissance associé ayant une résistance électrique équivalente,

caractérisé en ce qu'un ratio entre la résistance interne de la batterie et la résistance électrique équivalente de la machine électrique tournante et de l'onduleur de puissance associé est compris entre 0.8 et 1.2.

Selon une réalisation, le ratio entre la résistance interne de la batterie et la résistance électrique équivalente de la machine électrique tournante et de l'onduleur de puissance vaut 1.

Selon une réalisation, ledit ensemble comporte une deuxième machine électrique tournante associée à un deuxième onduleur de puissance, un ratio entre la résistance interne de la batterie et la résistance électrique équivalente des deux machines électriques tournantes et de leurs onduleurs de puissance correspondants étant compris entre 0.8 et 1.2 et vaut de préférence 1.

Selon une réalisation, les deux machines électriques tournantes sont connectées électriquement en série.

Selon une réalisation, les deux machines électriques tournantes sont connectées électriquement en parallèle.

Selon une réalisation, une force électromotrice de la batterie est égale à la moitié d'une tension de la batterie.

Selon une réalisation, une tension de fonctionnement de la machine électrique tournante est de 48 Volts.

Selon une réalisation, la machine électrique tournante présente une puissance comprise entre 10kW et 30kW.

Selon une réalisation, la résistance interne de la batterie est comprise entre 20 mOhms et 40 mOhms.

L'invention a également pour objet un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble tel que précédemment défini. 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'un véhicule automobile selon l'invention comportant un ensemble machine électrique tournante/batterie selon l'invention;

La figure 2 est un schéma électrique de connexion entre la batterie et la machine électrique tournante;

La figure 3 est représentation schématique de la puissance électrique en fonction du courant de la batterie;

Les figures 4a et 4b sont des schémas électriques de variantes de connexion pour modes de réalisation de l'invention à deux machines électriques.

Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre. La figure 1 montre un véhicule automobile 10 comportant une chaîne de traction 1 1 implantée sur un train avant. Cette chaîne de traction 1 1 comporte un moteur thermique 13 accouplé à une boîte de vitesses 14 par l'intermédiaire d'un embrayage 16. La boîte de vitesses 14 est reliée mécaniquement à un différentiel 17. Une machine électrique tournante 19 pourra être accouplée au moteur thermique via un dispositif 20 de transmission de mouvement, à courroie notamment, ou intégrée dans la boîte de vitesses 14, ou encore intégrée dans l'embrayage 16.

La machine électrique 19 est apte à fonctionner dans un mode générateur pour recharger une batterie du véhicule ainsi que dans un mode moteur pour assurer un démarrage du moteur thermique 13 alors que le véhicule est à l'arrêt ou lors d'une transition d'un mode de roulage électrique vers un mode de roulage thermique. Cette machine électrique 19 pourra également être utilisée pour fournir de l'énergie à la batterie lors d'une phase de freinage récupératif. La machine électrique 19 est connectée, via son onduleur de puissance 21 associé, à un premier réseau électrique 23 sur lequel est également branchée une batterie 24. Ce réseau électrique 23 présente une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. Avantageusement, la tension de fonctionnement du réseau électrique est de 48 Volts. D'autres charges électriques 25 pourront également être connectées sur le réseau électrique 23.

La machine électrique 19 pourra présenter une puissance comprise entre 10kW et 30kW et fournir un couple compris entre 55Nm et 100Nm en fonction de sa longueur. La machine électrique 19 pourra par exemple être de type synchrone à aimants permanents ou à excitation. Le circuit de refroidissement de la machine électrique 19 pourra être à base d'eau ou d'huile. En variante, on pourra également utiliser une machine électrique 19 de type asynchrone. En variante, la machine électrique 19 fonctionne sous haute tension, c’est-à-dire à une tension de l'ordre de 300 Volts.

Le réseau électrique 23 est interfacé avec un deuxième réseau électrique 27 basse tension par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/continu 28. Le calculateur moteur ainsi que des consommateurs électriques 29 du véhicule de type éclairage, actionneurs de vitres ou de sièges sont connectés au réseau électrique 27. Ce réseau électrique 27 appelé "réseau de bord" est associé à une batterie 30 présentant une tension de fonctionnement inférieure à celle du premier réseau électrique 23. La tension de fonctionnement du réseau électrique 27 est de préférence de l'ordre de 12 Volts. Comme on peut le voir sur la figure 2, la batterie électrique 24 comporte une résistance interne notée r, tandis que la machine électrique 19 et l'onduleur associé ont une résistance électrique équivalente R. La résistance interne r de la batterie 24 est par exemple comprise entre 20 mOhms et 40 mOhms.

Un ratio entre la résistance interne r de la batterie 24 et la résistance électrique équivalente R de la machine électrique 19 et de l'onduleur 21 associé est compris entre 0.8 et 1.2. Avantageusement, afin de maximiser la puissance électrique emmagasinée par la batterie 24 lors d'une phase de freinage récupératif, le ratio entre la résistance interne r de la batterie 24 et la résistance électrique équivalente R de la machine électrique 19 et de l'onduleur 21 vaut 1.

En effet, comme on peut voir sur la figure 3, la puissance P de la batterie 24 a tendance à augmenter jusqu'à un maximum pour ensuite diminuer jusqu'à zéro. Autrement dit, dans le cas où le courant I est faible, très peu de puissance P est récupérée au cours de la phase de freinage. Dans le cas où le courant I est élevé, la puissance P diminue du fait de l'augmentation de la la chute de tension aux bornes de la résistance interne r. Un courant intermédiaire Imax permet d'optimiser la puissance de la batterie 24. Par ailleurs, la tension Ubatt aux bornes de la batterie 24 vérifie la relation suivante: Ubatt= RI = E-r ^* l

- E étant la force électromotrice (fem) à vide de la batterie 24,

- r étant la résistance de la batterie 24,

- R étant la résistance électrique équivalente de la machine électrique 19, en particulier le bobinage et de l'onduleur 21 associé, et

- 1 étant le courant continu de la batterie 24.

La puissance électrique P vaut P= Ubatt ^* l= (E-r ^* l) ^* l= E ^* i -r ^* l ² , Ubatt étant la tension continue aux bornes de la batterie 24.

Cette puissance électrique P atteint un maximum correspondant à un courant optimal Imax lorsque sa dérivé par rapport au courant est nulle (cf. figure 3), soit dP/dl = 0,

0= E-2 ^* rlmax

Imax = E/2 ^* r

E- r ^* lmax=R ^* lmax

E-r ^* E/2 ^* r = R ^* E/2 ^* r

E(1 -1/2) = R ^* E/2 ^* r

La valeur de puissance électrique P maximale est donc obtenue pour R = r, soit un ratio R/r=1.

Par ailleurs Ubatt = E- r ^* lmax = E-r ^* E/2 ^* r = E-1/2 E = E/2. On a donc un fonctionnement optimal lorsque la force électromotrice E de la batterie 24 est égale à la moitié de la tension Ubatt de la batterie 24, soit E = Ubatt/2. Il est à noter que ce calcul est valable à faible vitesse, c’est-à-dire à une vitesse de rotation de la machine électrique 19 inférieure à 1000 tours/min. En effet, dans ce cas, la composante inductive (Lw) du bobinage est faible car la pulsation w est faible. Cela est valable quelle que soit la configuration du bobinage de la machine électrique 19 (triangle, étoile, ou mixte).

On pourra utiliser une deuxième machine électrique 19' tournante associée à un deuxième onduleur 21 ' de puissance. La deuxième machine électrique 19' pourra par exemple être implantée sur le train arrière du véhicule.

Un ratio entre la résistance interne r de la batterie 24 et la résistance électrique équivalente des deux machines électriques 19, 19' et de leurs onduleurs 21 , 21 ' correspondants est compris entre 0.8 et 1 .2 et vaut de préférence 1 .

Comme cela est représenté sur la figure 4a, les deux machines électriques 19, 19' pourront être connectées électriquement en série. Dans ce cas, la résistance équivalente Requ des deux machines électriques 19, 19' et des onduleurs 21 , 21 ' est égale à la somme de résistance équivalente R de la première machine électrique 19 et de son onduleur 21 ainsi et de la résistance équivalente R' de la deuxième machine électrique 19' et de son onduleur 21 ', soit Requ=R+R'.

Alternativement, comme cela est représenté sur la figure 4b, les deux machines électriques 19, 19' pourront être connectées électriquement en parallèle. Dans ce cas, la résistance équivalente Requ des deux machines électriques 19, 19' et de leurs onduleurs 21 , 21 ' est égale à

Requ=R ^* R'/(R+R').

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.