FR2945244A1

FR2945244A1 - Systeme de generation d'energie electrique pour vehicule automobile.

Info

Publication number: FR2945244A1
Application number: FR0953083A
Authority: FR
Inventors: Franck Foure
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2010-11-12
Anticipated expiration: 2029-05-11
Also published as: FR2945244B1

Abstract

Système de génération d'énergie pour véhicule automobile, comportant une turbine (4) disposée dans un flux d'air produit par la vitesse de ce véhicule, qui entraîne en rotation une génératrice d'énergie (2), caractérisé en ce que la transmission de mouvement (20) entre la turbine (4) et la génératrice d'énergie (2), comporte un dispositif de variation continue piloté du rapport de vitesse.

Description

SYSTEME DE GENERATION D'ENERGIE ELECTRIQUE POUR VEHICULE AUTOMOBILE

La présente invention concerne un système de génération d'énergie électrique comprenant une turbine entraînée par une masse d'air en mouvement, ainsi qu'un véhicule automobile équipé d'un tel système. Les véhicules hybrides et les véhicules électriques, comportent généralement des moyens pour récupérer l'énergie cinétique du véhicule, notamment lors des freinages, et la convertir en énergie électrique stockée dans des accumulateurs électriques. Ces moyens comprennent une machine électrique qui peut servir aussi à la traction du véhicule, reliée par une transmission aux roues du véhicule pour être entraînée lors des phases de décélération. On peut récupérer ainsi une énergie lors des freinages ou dans des descentes, qui est stockée dans les accumulateurs électriques. Les véhicules hybrides peuvent aussi comporter un autre moyen de stockage d'énergie produit lors des freinages notamment, comme un réservoir d'air comprimé. Un problème qui se pose est que cette production d'énergie est limitée, et notamment dans le cas des véhicules électriques, l'autonomie de ces véhicules n'est généralement pas très importante. Un moyen connu pour produire une énergie électrique en permanence sur un véhicule roulant, présenté notamment dans le document US-A-5680032, est de disposer une turbine dans un conduit recevant un flux d'air lors de la marche du véhicule. Le conduit comporte une prise d'air à l'avant du véhicule qui alimente la turbine, l'air étant ensuite dirigé par ce conduit dans des zones latérales ou arrière du véhicule, pour être extrait vers l'extérieur. La turbine est reliée par une transmission comprenant un rapport de vitesse fixe, à un générateur électrique qui charge des accumulateurs électriques. On récupère ainsi une énergie lors des déplacements du véhicule, qui peut être produite en particulier lors d'une conduite à vitesse stabilisée. Cette énergie peut servir à prolonger l'autonomie du véhicule. De plus en cas de vent, on peut aussi produire de l'énergie le véhicule étant à l'arrêt.

Un problème de ce système de génération électrique, est qu'en entraînant suivant un rapport de vitesse constant la génératrice électrique, on ne peut optimiser le fonctionnement du système pour obtenir le meilleur rendement de cette génératrice. En effet, la puissance délivrée par la turbine et sa vitesse sont variables, dépendant de la vitesse du flux d'air et donc de celle du véhicule. Avec une transmission à rapport de vitesse constant entre la turbine et la génératrice électrique, on ne peut généralement pas optimiser le fonctionnement de cette génératrice électrique pour la faire tourner à son point de rendement maximum, qui correspond généralement à sa vitesse la plus élevée. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer un système de génération d'énergie sur un véhicule automobile à partir d'une turbine placé dans un flux d'air, comportant un rendement élevé.

Elle propose à cet effet un système de génération d'énergie pour véhicule automobile, comportant une turbine disposée dans un flux d'air produit par la vitesse de ce véhicule, qui entraîne en rotation une génératrice d'énergie, caractérisé en ce que la transmission de mouvement entre la turbine et la génératrice d'énergie, comporte un dispositif de variation continue piloté du rapport de vitesse. Un avantage de ce système de génération d'énergie, est que grâce au dispositif de variation continue du rapport de vitesse, on peut en permanence en fonction des conditions de fonctionnement du véhicule, et donc de la turbine, régler de manière continue la vitesse de la génératrice pour obtenir le meilleur rendement.

Le système de génération d'énergie selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le système de génération d'énergie comporte un anémomètre disposé dans le flux d'air alimentant la turbine, donnant une information sur la vitesse de ce flux d'air à un calculateur qui commande le rapport de la transmission à variation continue. Le rapport de vitesse établi par la transmission à variation continue, peut ajuster généralement la vitesse de rotation de la génératrice d'énergie à sa vitesse maximale pour produire de l'énergie. Selon une disposition particulière, la transmission à variation continue comporte une poulie à écartement variable, qui serre une courroie d'entraînement de la génératrice d'énergie. Avantageusement, la transmission à variation continue comporte un actionneur de réglage du rapport de vitesse comprenant une cinématique irréversible. Selon une option, la génératrice d'énergie est une génératrice électrique, comprenant un contacteur commandé par le calculateur, disposé en série sur les connexions de cette génératrice.

Selon une autre option, la génératrice d'énergie comporte un rotor, comprenant un moyen de blocage. Avantageusement, le système de génération d'énergie génère une énergie électrique chargeant des batteries d'accumulateurs comprenant des connecteurs comportant plusieurs types de connexion, chaque type de connexion groupant en série un nombre différent d'accumulateurs, correspondant à une tension de charge spécifique. Le dispositif de connexion aux bornes des accumulateurs, peut comporter un déplacement dans une direction perpendiculaire à l'axe d'alignement des accumulateurs, pour changer de type de connexion.

L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile comprenant un système de génération d'énergie, comportant une turbine disposée dans un flux d'air produit par la vitesse de ce véhicule, qui entraîne en rotation une génératrice d'énergie, ce système de génération d'énergie comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma du circuit électrique d'un système de génération d'énergie électrique selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma du dispositif mécanique de ce système de génération d'énergie électrique, comprenant une transmission à variation continue comportant une poulie variable ; - la figure 3 est un schéma de l'implantation de la turbine du système de génération d'énergie électrique, dans un flux d'air, - la figure 4 est un schéma de branchement du générateur électrique sur une batterie d'accumulateurs disposés en série ; et - la figure 5 est un schéma de branchement du générateur électrique sur une batterie d'accumulateurs disposés en parallèle. Les figures 1 et 2 représentent un système de génération d'énergie électrique 1 comprenant une génératrice électrique 2 pouvant être un alternateur ou un autre type de machine électrique tournante, qui est reliée à une turbine à air 4 par une transmission mécanique de mouvement 20. Cette transmission de mouvement 20 comprend un variateur continu de vitesse, qui permet de faire varier de manière progressive le rapport de vitesse entre la turbine 4 et la génératrice 2.

L'axe 22 de la turbine 4 est directement relié à une première poulie variable 24, comprenant deux joues de serrage axial d'une courroie 26. L'écartement des joues de serrage est variable sous l'effet d'un actionneur 6 piloté par un signal de commande 8 venant d'un calculateur 10. La courroie 26 entraîne à son tour une poulie fixe 28, qui se trouve sur l'axe de la génératrice électrique 2.

L'actionneur 6 exerce une force axiale sur une joue mobile de la poulie variable 24, pour en la resserrant vers l'autre joue faire monter la courroie 26 sur un plus grand diamètre de cette poulie, ce qui entraîne la courroie à une vitesse plus élevée. On peut ainsi progressivement faire varier le rapport de vitesse des deux poulies 24, 28, entre deux valeurs minimum et maximum. Avec une des deux poulies qui est fixe, l'entraxe entre les poulies change en même temps que la poulie variable 24 modifie son rayon. Le générateur électrique 2 est monté sur un pivot, pour pouvoir se déplacer et modifier l'entraxe entre les deux poulies en fonction des variations de la poulie variable 24. De préférence l'actionneur 6 comporte une cinématique irréversible, comme un système vis-écrou, permettant de fixer un rapport donné de la transmission 20 tout en appliquant un effort axial sur la poulie variable 24 qui est bloquée, sans maintenir de courant dans cet actionneur.

En variante, on peut disposer une deuxième poulie variable sur l'axe de la génératrice électrique 2, de manière à resserrer les joues d'une poulie pendant qu'elles sont écartées sur l'autre poulie, pour travailler avec un entraxe constant entre ces deux poulies. On peut aussi prévoir une transmission comprenant une variation 20 continue du rapport, utilisant d'autres technologies connues. Par ailleurs, les composants en rotation de ce système, notamment la turbine 4, la transmission 20 et la génératrice électrique 2, comportent des paliers avec des frottements réduits, comme des roulements à billes. De cette manière, on limite les pertes du système de génération électrique 1. 25 La génératrice électrique 2 est reliée d'une part à la masse du véhicule, et d'autre part au système de propulsion 12 du véhicule, comprenant une batterie d'accumulateurs électriques. Entre la génératrice électrique 2 et le système de propulsion 12, on peut disposer en option un contacteur 14 commandé par le calculateur 10, qui connecte ou isole cette génératrice. 30 Le calculateur 10 alimenté par une alimentation en courant 16, reçoit des informations liées à la demande du conducteur et au fonctionnement du véhicule. Le calculateur 10 reçoit de plus une information sur la vitesse de la masse d'air dans le flux alimentant la turbine 4, donnée par un anémomètre 18 situé dans ce flux. Le calculateur 10 commande à la fois le système de propulsion du véhicule 12, le contacteur 14, l'actionneur 6 de la transmission à variation continue de vitesse 20, et un frein 40 qui peut bloquer la rotation du rotor du générateur électrique 2. Le calculateur 10 envoie en fonction des informations reçues, et après un traitement de ces informations, le signal de commande 8 à l'actionneur 6 pour faire varier le rapport de vitesse entre la turbine 4 et la génératrice électrique 2, et optimiser le fonctionnement de cette génératrice. La figure 3 présente une entrée d'air 50 disposée sur la face avant du véhicule, en dessous d'un capot avant 52. Des guides latéraux 54 convergeant se resserrent progressivement pour canaliser l'air tout en augmentant sa vitesse, vers la turbine 4 qui ferme la section de passage d'air. L'axe transversal 22 de la turbine 4 traverse un guide latéral 54, pour entraîner par la transmission à variation continue 20, le générateur 2, la transmission et le générateur se trouvant protégés en dehors du flux d'air. Le fonctionnement du système de génération d'énergie électrique 1 est le suivant. L'anémomètre 18 est disposé en amont de la turbine 4, pour délivrer au calculateur 10 une information sur la vitesse du flux d'air arrivant sur cette turbine. En fonction de la vitesse du flux d'air, le calculateur 10 adapte avec précision le rapport de la transmission à variation continue 20, de manière à exploiter au mieux la vitesse et la puissance délivrée par la turbine 4 pour entraîner le générateur électrique 2 à une vitesse élevée où elle comporte un bon rendement. En cas de vitesse importante du véhicule, la vitesse du flux d'air est élevée, la transmission 20 commandée par le calculateur 10, va plutôt réduire son rapport de multiplication pour que la vitesse de rotation de la génératrice électrique 2 ne dépasse pas un seuil maximum admissible, afin de ne pas la détériorer. En cas de vitesse faible du véhicule, ou même le véhicule étant à l'arrêt avec un vent suffisant, le calculateur 10 va plutôt augmenter le rapport de multiplication de la transmission 20, pour faire tourner la génératrice électrique 2 à une vitesse assez importante où son rendement est bon. Avantageusement, le calculateur 10 réalise les variations du rapport de la transmission 20, avec une certaine temporisation pour éviter une variation de ce rapport trop fréquente en cas de changements rapides de la vitesse du flux d'air, afin de limiter la consommation électrique de l'actionneur 6 de cette transmission. Par ailleurs il est possible avec le contacteur 14 et le frein 40 de la génératrice électrique 2, d'arrêter complètement le système de génération électrique 1. Notamment en cas de charge complète de la batterie d'accumulateurs du système de propulsion 12, le véhicule ne roulant plus et donc ne consommant pas d'énergie, le calculateur 10 peut ouvrir le contacteur 14 pour protéger la génératrice électrique 2. On peut aussi actionner en plus le frein 40 pour éviter de laisser tourner à vide la génératrice 2, ce qui provoquerait une usure inutile.

La figure 4 présente un raccordement électrique sur une batterie d'accumulateurs 60 en série, délivrant une tension totale nominale U1 de 12V dans cet exemple, entre les bornes de sortie 64, 66. La batterie d'accumulateurs 60 comporte dix accumulateurs 62 identiques de 1,2V chacun, connectés en série et alignés suivant un axe, les bornes positives ou négatives de ces accumulateurs étant aussi alignées suivant cet axe. Le dispositif de connexion en série aux bornes des accumulateurs 62 peut se déplacer suivant une distance L dans une direction transversale, perpendiculaire à l'axe d'alignement de ces accumulateurs, pour laisser la place comme présenté figure 5, à un dispositif de connexion en parallèle comportant deux autres bornes de sortie 68, 70. La tension entre les bornes de sortie 68, 70 du dispositif de connexion en parallèle, est alors de 1,2V.

De cette manière, on dispose simplement de deux possibilités de charge des accumulateurs 62, avec une tension nominale U1, ou avec une tension réduite U2 qui permet de continuer à charger ces accumulateurs quand la vitesse du flux d'air dans la turbine 4 est faible, notamment quand le véhicule est à l'arrêt, cette turbine délivrant alors une puissance réduite. On peut en variante réaliser d'autres types de connexion des accumulateurs 62, comprenant par exemple cinq groupes de deux accumulateurs en série, ou deux groupes de cinq accumulateurs en série, pour obtenir des tensions aux bornes de sortie respectivement de 2,4V ou 6V. Le dispositif de génération d'énergie électrique 1 suivant l'invention, peut en variante servir à charger une batterie d'accumulateurs utilisée pour l'alimentation d'accessoires du véhicule, qui nécessitent moins de puissance que les moteurs de traction de ce véhicule.

D'une manière générale, le dispositif suivant l'invention peut entraîner en rotation un autre type de générateur d'énergie, comme par exemple un compresseur produisant de l'air comprimé qui est stocké dans un réservoir.

Claims

REVENDICATIONS1 ù Système de génération d'énergie pour véhicule automobile, comportant une turbine (4) disposée dans un flux d'air produit par la vitesse de ce véhicule, qui entraîne en rotation une génératrice d'énergie (2), caractérisé en ce que la transmission de mouvement (20) entre la turbine (4) et la génératrice d'énergie (2), comporte un dispositif de variation continue piloté du rapport de vitesse. 2 ù Système de génération d'énergie suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un anémomètre (18) disposé dans le flux d'air alimentant la turbine (4), donnant une information sur la vitesse de ce flux d'air à un calculateur (10) qui commande le rapport de la transmission à variation continue (20). 3 ù Système de génération d'énergie suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport de vitesse établi par la transmission à variation continue (20), ajuste généralement la vitesse de rotation de la génératrice d'énergie (2) à sa vitesse maximale pour produire de l'énergie. 4 ù Système de génération d'énergie suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la transmission à variation continue (20) comporte une poulie à écartement variable (24), qui serre une courroie (26) d'entraînement de la génératrice d'énergie (2). 5 ù Système de génération d'énergie suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la transmission à variation continue (20) comporte un actionneur (6) de réglage du rapport de vitesse, comprenant une cinématique irréversible. 6 ù Système de génération d'énergie suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la génératrice d'énergie est une génératrice électrique (2), comprenant un contacteur (14) commandé par le calculateur (10), disposé en série sur les connexions de cette génératrice.7 ù Système de génération d'énergie suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la génératrice d'énergie (2) comporte un rotor, comprenant un moyen de blocage (40). 8 - Système de génération d'énergie suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il génère une énergie électrique chargeant des batteries d'accumulateurs (60) comprenant des connecteurs comportant plusieurs types de connexion, chaque type de connexion groupant en série un nombre différent d'accumulateurs (62), correspondant à une tension de charge spécifique (U1, U2). 9 ù Système de génération d'énergie suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de connexion aux bornes des accumulateurs (62), comporte un déplacement dans une direction perpendiculaire à l'axe d'alignement des accumulateurs, pour changer de type de connexion. 10 ù Véhicule automobile comprenant un système de génération d'énergie, comportant une turbine (4) disposée dans un flux d'air produit par la vitesse de ce véhicule, qui entraîne en rotation une génératrice d'énergie (2), caractérisé en ce que ce système de génération d'énergie (1) est réalisé suivant l'une quelconque des revendications précédentes.