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WO2005090114A1 - Systeme d’entrainement des roues motrices d’un vehicule automobile electrique, comprenant deux moteurs et deux batteries - Google Patents

Systeme d’entrainement des roues motrices d’un vehicule automobile electrique, comprenant deux moteurs et deux batteries Download PDF

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WO2005090114A1
WO2005090114A1 PCT/FR2005/000308 FR2005000308W WO2005090114A1 WO 2005090114 A1 WO2005090114 A1 WO 2005090114A1 FR 2005000308 W FR2005000308 W FR 2005000308W WO 2005090114 A1 WO2005090114 A1 WO 2005090114A1
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WO
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motor
drive
battery
wheels
power
Prior art date
Application number
PCT/FR2005/000308
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Inventor
Gérard Queveau
Michel Herchin
Claude Beignet
Original Assignee
Societe De Vehicules Electriques
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Publication date
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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • Drive system for driving an electric motor vehicle, comprising two motors and two batteries.
  • the invention relates to a drive wheel drive system of an electric motor vehicle, a method of controlling such a drive system and an electric motor vehicle comprising the wheel drive system drive.
  • Lithium-ion type batteries are capable of supplying large currents without significantly degrading their performance.
  • the invention provides a drive wheel drive system for an electric motor vehicle, comprising two electric motors each powered by a rechargeable battery.
  • Each engine, and therefore each battery is designed to fulfill a specific function, namely to ensure one of the so-called “standard” driving conditions, that is to say up to a maximum speed corresponding to a power threshold of the engine, for example around 90 km / h, and for the other to intervene in particular during the phases of significant acceleration or driving at high speed requiring a power greater than the threshold power.
  • this. system has the advantage, thanks to a double motorization powered by a double energy source, namely two separate batteries, to give the electric vehicle comprising it optimal performance in terms of speed, acceleration and autonomy.
  • the invention provides a drive wheel drive system of an electric motor vehicle, said system comprising: a first electric motor supplied with current by a first rechargeable battery, said first motor being of sufficient power to move the vehicle under so-called “standard” driving conditions; a second electric motor supplied with current by a second rechargeable battery, the power of the second motor being greater than that of the first motor; a device for transmitting energy between the driving wheels and the first motor; - means for clutching the second motor to said transmission device, so as to transmit energy between the wheels and the second motor.
  • the subject of the invention is a method for controlling a drive system for driving the drive wheels of an electric motor vehicle providing:
  • the invention relates to a motor vehicle with electric motorization, comprising such a drive wheel drive system, the first and the second motor being provided in a coaxial arrangement.
  • FIG. 1 is a diagram showing the system according to the invention, and in particular the relationships between the two engines, the two batteries and the front and rear wheels of the vehicle, for a vehicle traveling under standard conditions;
  • FIG. 2 is a diagram similar to Figure 1, for a vehicle in acceleration phase, or traveling at high speeds;
  • FIG. 3 is a diagram similar to the previous ones, for a vehicle in the deceleration phase, and
  • FIG. 4 is a diagram showing the two motors, the two batteries, and the means for recharging these two batteries.
  • the figures represent a drive system 1 for the drive wheels 2 of a motor vehicle with electric motorization, the drive wheels 2 being the front wheels and / or the rear wheels.
  • the figures show a situation in which the front and rear wheels are driven.
  • This system comprises a first electric motor 3 supplied with current by a first rechargeable battery 4, and a second electric motor 5 supplied with current by a second rechargeable battery 6.
  • the two motors 3, 5 are for example of the synchronous type with permanent magnets .
  • the first engine 3 is of sufficient power to ensure the movement of the vehicle under standard driving conditions. According to one embodiment, it is capable of providing a power of 15 kW, which allows the vehicle to run at a stabilized speed up to about 90 km / h.
  • the second motor 5 is of greater power than that of the first motor 3. According to one embodiment, it is capable of providing a power between 20 kW and 35 kW, a power of 20 kW being sufficient to allow the vehicle to run at a constant speed greater than approximately 90 km / h, and a power of 35 kW being necessary for the phases of significant acceleration.
  • the two motors 3, 5 are of small radial dimension and are mounted coaxially, which contributes to reducing the size of the system in the vehicle.
  • the two motors are each mounted on a different axle, which allows the vehicle to be fully traction.
  • the first battery 4 is of the Lithium-metal-polymer type. The battery used has an important specific capacity. It is suitable for use, for example, in running phases at low constant speed, because it has a low discharge capacity, which allows it to supply all its energy while retaining a long service life.
  • this first battery 4 supplies the servitudes and auxiliary functions of the vehicle by means of a DC / DC converter.
  • the second battery 6 is of the Lithium-ion or Lithium-ion-polymer type.
  • This battery 6 is suitable for use during phases requiring high powers such as the phases of significant acceleration or driving at high constant speed.
  • the high current received by the motor gives it sufficient power.
  • the second battery 6 used has a low specific capacity which makes it possible to limit its size and its cost when it is mounted in the vehicle.
  • the system 1 also comprises a device for transmitting energy (not shown) between the drive wheels 2 and the first motor 3, so as to allow the drive of said wheels, as well as means for clutching the second motor 5 onto said transmission device (not shown), so as to transmit energy between the wheels 2 and the second motor 5.
  • Activation of the clutch means is made possible by means of measuring the energy supplied by the first battery, means electronic storage of energy thresholds and electronic means for comparing the energy supplied with said energy thresholds.
  • the control method of such a drive wheel drive system thus provides for the supply of the first motor 3 only when the requested power is strictly less than a threshold power so, through the transmission device, to be driven the drive wheels in standard driving conditions.
  • FIG. 1 shows, by means of the arrows representative of the energy flows, the supply of the first motor 3 by the first battery 4, and the drive of the drive wheels 2 which results therefrom. ;
  • control of this system provides, when the requested power is greater than the threshold power of standard driving conditions, the supply of the first 3 and second 5 motors and the activation of the clutch means so, by l 'Intermediate of the transmission device, to drive the drive wheels 2 under the joint action of the two motors 3, 5.
  • This situation is shown schematically in Figure 2.
  • the first motor 3 is permanently active during taxiing, and is used at the same power whatever the operating mode of the vehicle, and the second motor 5 is engaged only when the requested power exceeds the threshold power.
  • the threshold power is of the order of 15 kW
  • the second motor 5 when engaged, makes it possible to supply the power necessary for the phases of significant acceleration (of the order of 35 kW) or driving at high speed (around 20 kW).
  • the control method also provides, when the second battery 6 is discharged, the supply of the first motor 3 so as to drive the drive wheels and, when the first battery 4 is discharged, the supply of the second motor 5 and the activation of the clutch means so as to drive the drive wheels.
  • the system control method further provides that in the event of deceleration, the clutch means are activated so as to supply a recharging current essentially to the second battery 6 by energy transmission between the wheels 2 and the motors 3, 5. Indeed, such a recharging current is badly accepted by the first battery 4 because it reduces its lifespan significantly. The charging current is therefore sent either completely to the second battery 6, or partially, a part of the charging current then being sent to the first battery 4 so that the latter is not damaged.
  • FIG. 4 represents the means for charging the two batteries 4, 6 of the system according to the invention. These means can be an electrical terminal or a mains outlet 7 allowing slow charging represented by the arrows 8.
  • the second battery 6 of the Lithium-ion-polymer type is capable of receiving high charging currents of the order of C / 1 or 2C, C being battery capacity.
  • a rapid charge, represented by the arrow 9, can therefore be carried out on the second battery 6 by means of an external power charger 10.
  • This charger 10 can, for example, be in the form of a terminal.

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Abstract

L’invention concerne un système d’entraînement (1) des roues motrices (2) d’un véhicule automobile à motorisation électrique, ledit système comprenant : un premier moteur électrique (3) alimenté en courant par une première batterie rechargeable (4), ledit premier moteur étant de puissances suffisante pour assurer le déplacement du véhicule dans des conditions de roulage dite «standard» ; un deuxième moteur électrique (5) alimenté en courant par une deuxième batterie rechargeable (6), la puissance du deuxième moteur (5) étant supérieure à celle du premier moteur (3) ; un dispositif de transmission de l’énergie entre les roues motrices (2) et le premier moteur (3) ; des moyens d’embrayage du deuxième moteur (5) sur ledit dispositif de transmission, de sorte à transmettre de l’énergie entre les roues (2) et le deuxième moteur (5). L’invention concerne également le procédé de commande d’un tel système et un véhicule équipé d’un tel système.

Description

Système d'entraînement des roues motrices d'un véhicule automobile électrique, comprenant deux moteurs et deux batteries.
L'invention concerne un système d'entraînement des roues motrices d'un véhicule automobile à motorisation électrique, un procédé de commande d'un tel système d'entraînement ainsi qu'un véhicule automobile à motorisation électrique comprenant le système d'entraînement des roues motrices.
Pour approcher les performances routières des véhicules automobiles à moteur à explosion, en termes de vitesse, d'accélération et d'autonomie, il est connu d'équiper les véhicules électriques de batteries de type Lithium-métal-polymère dont les performances sont largement supérieures à celles des technologies antérieures, en particulier celles des batteries Ni-Cd des véhicules dits « de première génération ».
Toutefois les accélérations et le roulage à des vitesses élevées conduisent à des décharges importantes de telles batteries du fait des grandes puissances requises par la motorisation de ces véhicules électriques. Ces décharges importantes détériorent les batteries de type Lithium-métal-polymère et diminuent largement leur durée de vie.
Par ailleurs, les batteries de type Lithium-ion sont capables de fournir des courants importants sans dégradation significative de leurs performances.
Cependant, ces batteries présentent une énergie volumique faible et sont plus coûteuses que les batteries de type Lithium-métal-polymère. De ce fait, leur utilisation pour l'alimentation du moteur d'un véhicule électrique est fortement limitée compte tenu des contraintes d'encombrement et de coût à respecter dans un tel véhicule.
Pour résoudre l'ensemble de ces inconvénients, l'invention propose un système d'entraînement des roues motrices d'un véhicule automobile électrique, comprenant deux moteurs électriques alimentés chacun par une batterie rechargeable. Chaque moteur, et par conséquent chaque batterie, est prévu pour remplir une fonction particulière, à savoir pour l'un assurer les conditions de roulage dites « standard », c'est-à-dire jusqu'à une vitesse maximale correspondant à une puissance seuil du moteur, par exemple d'environ 90 km/h, et pour l'autre d'intervenir notamment durant les phases d'accélération importantes ou de roulage à vitesse élevée nécessitant une puissance supérieure à la puissance seuil.
Ainsi, ce. système présente l'avantage, grâce à une double motorisation alimentée par une double source d'énergie, à savoir deux batteries distinctes, de conférer au véhicule électrique le comprenant des performances optimales en termes de vitesse, d'accélération et d'autonomie.
Ce résultat est atteint par l'agencement particulier du système, qui permet notamment d'utiliser les deux batteries dans leur configuration optimale, à savoir en utilisant pour chacune d'entre elle toute son énergie sans diminuer sa durée de vie.
A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose un système d'entraînement des roues motrices d'un véhicule automobile à motorisation électrique, ledit système comprenant : un premier moteur électrique alimenté en courant par une première batterie rechargeable, ledit premier moteur étant de puissance suffisante pour assurer le déplacement du véhicule dans des conditions de roulage dites « standard » ; un deuxième moteur électrique alimenté en courant par une deuxième batterie rechargeable, la puissance du deuxième moteur étant supérieure à celle du premier moteur ; un dispositif de transmission de l'énergie entre les roues motrices et le premier moteur ; - des moyens d'embrayage du deuxième moteur sur ledit dispositif de transmission, de sorte à transmettre de l'énergie entre les roues et le deuxième moteur.
Selon un deuxième aspect, l'invention a pour objet un procédé de commande d'un système d'entraînement des roues motrices d'un véhicule automobile à motorisation électrique prévoyant :
- l'alimentation du premier moteur seul lorsque la puissance demandée est strictement inférieure à une puissance seuil de sorte, par l'intermédiaire du dispositif de transmission, à entraîner les roues motrices dans les conditions de roulage standard ; lorsque la puissance demandée est supérieure à ladite puissance seuil, l'alimentation des premier et deuxième moteurs et l'activation des moyens d'embrayage de sorte, par l'intermédiaire du dispositif de transmission, à entraîner les roues motrices sous l'action conjointe des deux moteurs.
Selon un troisième aspect, l'invention concerne un véhicule automobile à motorisation électrique, comprenant un tel système d'entraînement des roues motrices, le premier et le deuxième moteur étant prévus dans un montage coaxial.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma montrant le système selon l'invention, et en particulier les relations entre les deux moteurs, les deux batteries et les roues avant et arrière du véhicule, pour un véhicule roulant dans des conditions standard ;
- la figure 2 est un schéma analogue à la figure 1 , pour un véhicule en phase d'accélération, ou roulant à des vitesses élevées ; - la figure 3 est un schéma analogue aux précédents, pour un véhicule en phase de décélération, et
- la figure 4 est un schéma montrant les deux moteurs, les deux batteries, et les moyens de recharge de ces deux batteries.
Les figures représentent un système d'entraînement 1 des roues motrices 2 d'un véhicule automobile à motorisation électrique, les roues motrices 2 étant les roues avant et/ou les roues arrière. Les figures montrent une situation dans laquelle les roues avant et arrière sont motrices.
Ce système comprend un premier moteur électrique 3 alimenté en courant par une première batterie 4 rechargeable, et un deuxième moteur électrique 5 alimenté en courant d'une deuxième batterie rechargeable 6. Les deux moteurs 3, 5 sont par exemple de type synchrone à aimants permanents.
Le premier moteur 3 est de puissance suffisante pour assurer le déplacement du véhicule dans des conditions de roulage standard. Selon un mode de réalisation, il est apte à fournir une puissance de 15 kW, ce qui permet au véhicule de rouler à une vitesse stabilisée jusqu'à environ 90 km/h.
Le deuxième moteur 5 est de puissance supérieure à celle du premier moteur 3. Selon un mode de réalisation, il est apte à fournir une puissance comprise entre 20 kW et 35 kW , une puissance de 20 kW étant suffisante pour permettre au véhicule de rouler à une vitesse constante supérieure à environ 90 km/h, et une puissance de 35 kW étant nécessaire pour les phases d'accélération importante.
Dans le véhicule automobile comprenant un tel système 1 , il peut être prévu que les deux moteurs 3, 5 soient de faible dimension radiale et soient montés de façon coaxiale, ce qui contribue à diminuer l'encombrement du système dans le véhicule. Selon une réalisation, les deux moteurs sont montés chacun sur un essieu différent, ce qui permet la traction intégrale du véhicule. * La première batterie 4 est de type Lithium-métal-polymère. La batterie utilisée présente une capacité spécifique importante. Elle est adaptée à une utilisation par exemple dans les phases de roulage à vitesse constante peu élevée, car elle présente une faible capacité de décharge, ce qui lui permet de fournir toute son énergie en conservant une durée de vie importante.
Il peut également être prévu que cette première batterie 4 alimente les servitudes et fonctions auxiliaires du véhicule au moyen d'un convertisseur DC/DC.
La deuxième batterie 6 est du type Lithium-ion ou Lithium-ion-polymère. Cette batterie 6 est adaptée à une utilisation durant les phases nécessitant de fortes puissances telles que les phases d'accélération importante ou de roulage à vitesse constante élevée. En effet, grâce à la forte capacité de décharge de ce type de batterie, le fort courant reçu par le moteur lui confère la puissance suffisante. En choisissant de manière judicieuse la puissance maximale de la batterie, on évite l'effet Ragone, c'est-à-dire la réduction de l'énergie disponible en fonction de la puissance fournie, tout en conservant une durée de vie optimale de la batterie.
La deuxième batterie 6 utilisée présente une faible capacité spécifique qui permet de limiter son encombrement et son coût lorsqu'elle est montée dans le véhicule.
Le système 1 comprend également un dispositif de transmission de l'énergie (non représenté) entre les roues motrices 2 et le premier moteur 3, de sorte à permettre l'entraînement desdites roues, ainsi que des moyens d'embrayage du deuxième moteur 5 sur ledit dispositif de transmission (non représentés), de sorte à transmettre de l'énergie entre les roues 2 et le deuxième moteur 5.
L'activation des moyens d'embrayage est rendue possible grâce à des moyens de mesure de l'énergie fournie par la première batterie, des moyens électroniques de mémorisation des seuils d'énergie et des moyens électroniques de comparaison de l'énergie fournie avec lesdits seuils d'énergie.
Le procédé de commande d'un tel système d'entraînement des roues motrices prévoit ainsi l'alimentation du premier moteur 3 seul lorsque la puissance demandée est strictement inférieure à une puissance seuil de sorte, par l'intermédiaire du dispositif de transmission, à entraîner les roues motrices dans les conditions de roulage standard. Cette situation est représentée schématiquement sur la figure 1 , qui montre, par l'intermédiaire des flèches représentatives des flux d'énergie, l'alimentation du premier moteur 3 par la première batterie 4, et l'entraînement des roues motrices 2 qui en résulte;
En outre, la commande de ce système prévoit, lorsque la puissance demandée est supérieure à la puissance seuil des conditions de roulage standard , l'alimentation des premier 3 et deuxième 5 moteurs et l'activation des moyens d'embrayage de sorte, par l'intermédiaire du dispositif de transmission, à entraîner les roues motrices 2 sous l'action conjointe des deux moteurs 3, 5. Cette situation est schématisée sur la figure 2.
Ainsi, le premier moteur 3 est actif en permanence au cours du roulage, et est utilisé à la même puissance quelque soit le mode de fonctionnement du véhicule, et le deuxième moteur 5 n'est embrayé que lorsque la puissance demandée dépasse la puissance seuil.
Dans le mode de réalisation décrit, la puissance seuil est de l'ordre de 15 kW, et le deuxième moteur 5, lorsqu'il est embrayé, permet de fournir la puissance nécessaire aux phases d'accélération importante (de l'ordre de 35 kW) ou de roulage à vitesse élevée (de l'ordre de 20 kW).
Le procédé de commande prévoit également, lorsque la deuxième batterie 6 est déchargée, l'alimentation du premier moteur 3 de sorte à entraîner les roues motrices et, lorsque la première batterie 4 est déchargée, l'alimentation du deuxième moteur 5 et l'activation des moyens d'embrayage de sorte à entraîner les roues motrices.
Tel que représenté sur la figure 3, le procédé de commande du système prévoit en outre qu'en cas de décélération, les moyens d'embrayage sont activés de sorte à fournir un courant de recharge essentiellement à la deuxième batterie 6 par transmission d'énergie entre les roues 2 et les moteurs 3, 5. En effet, un tel courant de recharge est mal accepté par la première batterie 4 car il réduit sa durée de vie de façon significative. Le courant de recharge est donc adressé soit totalement vers la deuxième batterie 6, soit partiellement, une partie du courant de recharge étant alors envoyé vers la première batterie 4 de telle sorte que celle-ci ne soit pas détériorée.
La figure 4 représente les moyens de charge des deux batteries 4, 6 du système selon l'invention. Ces moyens peuvent être une borne électrique ou une prise de secteur 7 permettant une recharge lente représentée par les flèches 8.
Par ailleurs, contrairement à la première batterie 4 de type Lithium-métal- polymère, la deuxième batterie 6 de type Lithium-ion-polymère est capable de recevoir de forts courants de charge de l'ordre de C/1 ou 2C, C étant la capacité de la batterie. Une charge rapide, représentée par la flèche 9, peut donc être effectuée sur la deuxième batterie 6 par le biais d'un chargeur externe de puissance 10. Ce chargeur 10 peut, par exemple, être sous forme d'une borne.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'entraînement (1) des roues motrices (2) d'un véhicule automobile à motorisation électrique, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comprend : un premier moteur électrique (3) alimenté en courant par une première batterie rechargeable (4), ledit premier moteur étant de puissance suffisante pour assurer le déplacement du véhicule dans des conditions de roulage dites « standard » ; un deuxième moteur électrique (5) alimenté en courant par une deuxième batterie rechargeable (6), la puissance du deuxième moteur (5) étant supérieure à celle du premier moteur (3) ; un dispositif de transmission de l'énergie entre les roues motrices (2) et le premier moteur (3) ; des moyens d'embrayage du deuxième moteur (5) sur ledit dispositif de transmission, de sorte à transmettre de l'énergie entre les roues (2) et le deuxième moteur (5).
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la première batterie (4) est une batterie de type Lithium-métal-polymère.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième batterie (6) est une batterie de type Lithium-ion ou Lithium-ion-polymère.
4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier moteur (3) est apte à fournir une puissance de l'ordre de 15 kW.
5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le deuxième moteur (5) est apte à fournir une puissance comprise entre 20 kW et 35 kW.
6. Procédé de commande d'un système d'entraînement (1) des roues motrices (2) d'un véhicule automobile à motorisation électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il prévoit : l'alimentation du premier moteur (3) seul lorsque la puissance demandée est strictement inférieure à une puissance seuil de sorte, par l'intermédiaire du dispositif de transmission, à entraîner les roues motrices (2) dans les conditions de roulage standard ; lorsque la puissance demandée est supérieure à ladite puissance seuil, l'alimentation des premier (3) et deuxième (5) moteurs et l'activation des moyens d'embrayage de sorte, par l'intermédiaire du dispositif de transmission, à entraîner les roues motrices (2) sous l'action conjointe des deux moteurs (3, 5).
7. Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il prévoit en outre : lorsque la deuxième batterie (6) est déchargée, l'alimentation du premier moteur (3) de sorte à entraîner les roues motrices (2) ; lorsque la première batterie (4) est déchargée, l'alimentation du deuxième moteur (5) et l'activation des moyens d'embrayage de sorte à entraîner les roues motrices (2).
8. Procédé de commande selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il prévoit en outre qu'en cas de décélération, les moyens d'embrayage sont activés de sorte à fournir un courant de recharge essentiellement à la deuxième batterie (6) par transmission d'énergie entre les roues (2) et les moteurs (3, 5).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la puissance seuil est de l'ordre de 15 kW.
10. Véhicule automobile à motorisation électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un système d'entraînement (1) des roues motrices (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, le premier (3) et le deuxième (5) moteur étant prévus dans un montage coaxial.
PCT/FR2005/000308 2004-02-18 2005-02-10 Systeme d’entrainement des roues motrices d’un vehicule automobile electrique, comprenant deux moteurs et deux batteries WO2005090114A1 (fr)

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FR0450304A FR2866279B1 (fr) 2004-02-18 2004-02-18 Systeme d'entrainement des roues motrices d'un vehicule automobile electrique, comprenant deux moteurs et deux batteries

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WO2005090114A1 true WO2005090114A1 (fr) 2005-09-29

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