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WO2018138424A1 - Véhicule utilitaire terrestre à propulsion électrique et à sources d'alimentation électrique multiples - Google Patents

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WO2018138424A1
WO2018138424A1 PCT/FR2018/050043 FR2018050043W WO2018138424A1 WO 2018138424 A1 WO2018138424 A1 WO 2018138424A1 FR 2018050043 W FR2018050043 W FR 2018050043W WO 2018138424 A1 WO2018138424 A1 WO 2018138424A1
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electric
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power supply
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Inventor
Roger Pellenc
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Pellenc
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Definitions

  • the invention finds applications particularly in the agricultural field, or vitloola, for electric tractors, as well as for public works, forestry or roads. State of the prior art.
  • Such electric-powered utility vehicles would thus be used most of the time with relatively low energy requirements for several hours, and could therefore be powered by a lighter, less bulky and much less expensive battery to cover these needs,
  • the invention thus aims to provide an electric vehicle adaptable in terms of power supply, depending on the workload for which it is intended.
  • an electric propulsion utility land vehicle comprising:
  • At least one main source of power supply of the vehicle comprising a storage battery
  • auxiliary power source of the vehicle separate from the main source of power supply, the auxiliary source power supply of the vehicle being a removable source, configured to be selectively put in place on the vehicle or removed from the vehicle, depending on the energy requirement of the vehicle, and
  • the main power source of the vehicle can be conflgurôe to allow the supply of the vehicle, and associated equipment, under any circumstances, so that the only main source of power is sufficient for the use of the vehicle, autonomously .
  • the auxiliary power source of the vehicle is not permanently installed in the vehicle but is removable. It is considered that the auxiliary power supply source is removable when it can be easily and quickly removed and disconnected from the vehicle, or on the contrary put in place and connected quickly, without additional adaptation of the vehicle, and to the monk so quickly the adaptation of equipment to the vehicle.
  • auxiliary supply source may be configured for placement or withdrawal, by means of quick fixing means, such as hooks, or manual tool-less fixing brackets.
  • the removable nature of the auxiliary source of power supply makes it possible to adapt the vehicle according to a need for energy, for a longer period of operation of the most important vehicle, for example, and makes it possible to considerably lighten the main source of power. intended to stay on the vehicle.
  • the main source of power supply may be equipped with a storage battery whose electrical capacity and weight are much lower than those which would be required in the absence of the possibility of setting up the auxiliary power source. power supply.
  • the main source alone although limited electrical capacity, has sufficient autonomy, for example at least half a day of work.
  • the vehicle when the vehicle is to be used for a heavy and energy-consuming task, or when a great autonomy of use is required, it can if necessary be equipped with the auxiliary power source.
  • the auxiliary power supply source of the vehicle embarked on the vehicle, can supply energy needs, to supply the propulsion motor (s), to supply the electrical equipment and vehicle power take-offs, or even to recharge fa battery of the main power source.
  • the main purpose of the electrical distribution bus is to distribute electrical energy from the main power source to the electric propulsion motor (s) and the electric power take-off (s), or to the hydraulic pump. Energy can also be transported, via the electrical distribution valve, from the electric propulsion motors to the main power source, this being the case in a mode of operation with energy recovery, during a deceleration of the vehicle, for example.
  • the auxiliary source of power supply can also participate in the supply of the electrical energy required by the various electric motors or power take-offs of the vehicle. It can be connected in parallel with the main power source.
  • the vehicle may further comprise a connector for the auxiliary power supply source, the connector being connected to the electrical distribution bus. In this case, exchanges of electrical energy may also have been made from and to the auxiliary power supply source via the electric distribution bus,
  • the electric distribution bus can supply the electric propulsion engines of the vehicle from the battery of accumulators of the main source of power and / or from the auxiliary power supply when present.
  • the electrical distribution bus can also be used, as indicated above, to charge the storage battery of the main power source with an electric current produced by the electric propulsion engines used as generators. vehicle.
  • the electrical distribution bus can supply the storage battery of the main power source to recharge it with current from the auxiliary power supply source, especially if the electrical power produced by the auxiliary power source power supply temporarily exceeds the needs of the vehicle.
  • auxiliary sources of power supply can be envisaged.
  • the auxiliary power supply source may comprise a fuel wafer, for example a hydrogen or alcohol (methanol, éthartoi) battery, an electric storage battery, or an independent generator with a thermal engine.
  • a fuel wafer for example a hydrogen or alcohol (methanol, éthartoi) battery, an electric storage battery, or an independent generator with a thermal engine.
  • a stand-alone generator with an internal combustion engine as an auxiliary source of electrical power makes it possible to considerably increase the range of the vehicle for reduced pollutant emissions and cost.
  • This is, for example, a thermal engine group powered by gasoline, diesel, natural gas or ethanol, depending on the fuel most used in the country concerned by the use of the vehicle. .
  • the autonomy of the generator is ensured in particular by the amount of fuel contained in a fuel tank Integrated with the generator and by the presence of a starting device.
  • the heat engine may preferably be a constant speed engine, so as to limit its consumption and its emissions of polluting gases.
  • a generator as a power source has other advantages. It allows, for example, to recharge the storage batteries of the main power source, in the case of a temporary or permanent impossibility of connection or access to an electrical distribution network.
  • a generator also makes it possible to cope with a momentary demand for increased power under severe conditions of use of the commercial vehicle.
  • the generator can be used as needed as an independent power source for tools independent of the vehicle.
  • the function of the electrical distribution bus is, as indicated above, to distribute the electrical energy according to the instantaneous energy needs of the vehicle and according to the available power sources.
  • the vehicle may comprise a bidirectional voltage converter connecting the main source of electrical power supply to the electrical distribution bus.
  • a voltage converter makes it possible to make the operating voltage of the electrical distribution valve and the voltage of the main source of electrical power independent.
  • the power distribution bus may have a bus voltage greater than a maximum charge voltage of the storage battery of the main power source.
  • auxiliary power supply as well as electric motors, or electric power take-offs, can also be connected to the electrical distribution bus via voltage converters, so as to make the operating voltage of each of these organs.
  • the electrical distribution bus of the vehicle is configured to maintain a high voltage threshold, greater than 300 volts, and, for example, a voltage threshold of 450 volts, and comprises power components capable of maintaining this threshold. Of voltage. Maintaining a high voltage limits current Intensity Issus or to the equipment connected to the power distribution bus, given the power transmitted through the power distribution bus.
  • the voltage converter or converters used, and in particular the voltage converter associated with the main power supply source are preferably bidirectional, ie configured for powering the electrical distribution bus from the battery. accumulators of the main source of power supply and, conversely, for the charging of the storage battery of the main power supply source from the electric distribution bus,
  • the auxiliary power supply source may also comprise a voltage converter, it may be in particular an internal voltage converter, that is to say a converter of its own, in order to adapt the voltage of the auxiliary power supply source to that of the electric distribution bus. This makes it easier to connect the auxiliary power supply source to the electrical distribution bus when it is put in place on the vehicle.
  • the vehicle may comprise a plurality of electric propulsion motors connected respectively to a plurality of driving wheels, it may also be equipped with tracks.
  • the vehicle can initially be provided with a main power source in the form of a battery of accumulators of limited capacity and cost, associated if necessary with an auxiliary power source of the electrogenerating group type, to reduce its influence on the price of the vehicle.
  • the vehicle of the invention can be associated with an electric battery charger.
  • the electric charger is for recharging an electric storage battery equipping at least one of the main power source and the auxiliary power source.
  • the electric charger can be integrated in an autonomous electric charging station, remote from the vehicle, but preferably dedicated to the vehicle. In this case, the battery of the main power source can be exchanged when the vehicle is near the loading station.
  • the loading station is located, for example, in a shed for the vehicle.
  • the electric charger can be integrated into the vehicle.
  • the batteries of the main source of power supply, and if necessary the battery of the auxiliary power supply source can be recharged by the charger connected to any socket of a domestic electrical distribution network or Industrial.
  • the vehicle may be an agricultural tractor, a viticultural tractor or a public works machine.
  • Fig. 3 is a schematic perspective view of an agricultural tractor in a configuration with an auxiliary power source in the form of a fuel hoop or an electric battery of accumulators.
  • Figure 4 is a partial exploded view of the agricultural tractor of Figure 2.
  • Figure 5 is a partial and schematic exploded view of an agricultural tractor in a configuration with an auxiliary power supply source in the form of a thermal engine generator set.
  • Figure 6 is a schematic and synoptic representation of the main electrical components of a vehicle according to the invention and illustrates their mutual connection.
  • Figure 1 shows an agricultural tractor 10 provided with four driving wheels
  • the tractor further comprises a control cabin 14, and a main power source 20 comprising an electric storage battery 21, represented here symbolically. Due to the weight of the battery, it is arranged in a low position, partly under the cabin 14, so as to ensure good stability of the tractor.
  • FIG. 2 shows, in the form of an exploded view, electric motors for propulsion 24 of the wheels, provided with reducers and respectively associated with each of the wheels of the tractor 10. The wheels are thus each driven.
  • Each electric motor 24 has for example a nominal power of 25kW, and a peak power of 50kW.
  • Such motors associated with mechanical gearboxes with a ratio of 1/50 allow transmission without a gearbox at speeds of about 0 to 40 km / h.
  • the hood 22 is removed from the tractor. Its withdrawal reveals a connector 26.
  • the connector 26, in the form of a fixed base, comprises power connection terminals and control signal transmission terminals. The function of the connector 26 is described below.
  • the accumulator battery 21 of the main power supply source 20 is symbolically represented. This is, for example a battery of type llihfunvlon with an energy of 20kWh or more, delivering a voltage of 300 volts,
  • FIG. 3 shows the tractor 10 on which the hood 22 is replaced by an auxiliary power source 40.
  • the auxiliary source of power supply is an electromagnetic source provided with an accumulator battery 42 and / or a fuel hull 44 indicated symbolically.
  • a voltage converter 46 for adjusting the voltage of the auxiliary power supply source 40 to the nominal operating voltage of the tractor is also symbolically indicated. These elements are contained in a bodied casing 48 fixed to the tractor by quick fastening means not shown.
  • FIG. 4 shows, in the form of an exploded view, that the auxiliary supply source 40 is also provided with a connector 27.
  • the connector 27 of the auxiliary source is coupled with the connector 26 of the tractor, to establish an electrical connection between the auxiliary power supply and the tractor.
  • the electrical connection may include a power connection and a signal connection. This aspect is described later.
  • FIG. 5 schematically shows, in the form of an exploded view, a particularly advantageous embodiment of the tractor in which the auxiliary power source 40 comprises a generator 50.
  • the main members of the generator are a heat engine 52 of which only an exhaust pipe is visible, an alternator 94, driven by the heat engine 52, and a fuel tank 56. These bodies are represented symbolically.
  • the heat engine 52 is, for example, a three-cylinder 35-50kW motor whose rotational speed is adjusted to 3000 rpm. This is preferably a fixed rotational speed corresponding to the maximum efficiency of the engine.
  • the generator set 50 may comprise other organs that are not shown, such as:
  • the multiplier makes it possible, for example, to turn the alternator 54 at a speed of 8000 rpm for a speed of rotation of the heat engine 52 of 3000 revolutions per minute,
  • an auxiliary power source 40 in the form of a generator set 50 it can be driven according to the charge or the voltage of the storage battery 21 of the main source 20 tractor power supply. For example, when the voltage of the battery 21 reaches a predetermined low threshold, a control signal can be directed to the generator 50 to trigger the automatic start of the engine 52. Conversely, when the voltage of the battery 21 reaches a predetermined high threshold, a control signal can be directed to the generator 50 to stop the heat engine 52.
  • FIG. 8 schematically and simplifiedly illustrates a possibility of connection of the main electrical components of the tractor 10.
  • the electrical architecture of the tractor is organized around an electrical distribution bus 60.
  • This is, for example, a DC bus under a voltage of 450 volts.
  • the electrical distribution bus 60 is connected to the electric motors 24 for propelling the tractor 10. It is also connected to an electric front PTO motor 62, an electric rear PTO motor 64, and a drive motor 66. a hydraulic pump.
  • Other unrepresented electrical consumers such as, for example, an electric power take-off for tractor accessories, tractor light bulbs, windscreen wipers, an air-conditioning system or electronic components of a unit control, can also be powered directly or indirectly via the bus 60 of electrical distribution. If necessary, voltage converters may be provided to adapt the bus voltage 60 to the nominal voltage of the motors and electrical equipment mentioned above.
  • the electrical distribution bus 60 is electrically connected to the battery 21 of the main power supply source also via a bidirectional voltage converter 23 to adapt the voltage of the battery 21 to that of the bus 60.
  • the bus is finally electrically connected to the connector 26 of the tractor.
  • the electric propulsion motors 24 are engines operating in a generator mode during braking phases of the tractor, these can also provide a charging current of the battery 21 of the main power source 20, This is the case in particular when the propulsion electric motors 24 are DC motors, brushless, and electronically controlled.
  • the electrical connector 26 of the tractor is also connected to the power distribution bus 80.
  • the auxiliary power source 40 is electrically connected to the power distribution bus 60.
  • the electric propulsion motors 24 and the other electrical consumers 62, 64, 66 mentioned above can be directly supplied by the only auxiliary power source 40, or concomitantly with the main source and the auxiliary source.
  • the calculation and control unit 70 of the tractor is connected to the auxiliary power supply source 40 via the connectors 26, 27 and the communication bus 72.
  • a dashed line indicates the accessory and optional character of the auxiliary power source 40.
  • a battery charger When the tractor is out of service, for example when it is stored, a battery charger, not shown, can be connected to the electrical distribution bus 60 via the connector 26 or via another dedicated connector .
  • the battery charger is in no way an auxiliary power source of the tractor within the meaning of the invention insofar as it does not intervene in the power supply of the engines.
  • the battery charger is used to recharge the battery 21 of the main power source 20, or to maintain it in charge.

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Abstract

L'invention concerne un véhicule terrestre utilitaire (10) à propulsion électrique comprenant: - au moins un moteur électrique de propulsion (24) et - au moins une source principale (20) d'alimentation électrique du véhicule comprenant une batterie d'accumulateurs (21), - au moins une source auxillaire (40) d'alimentation électrique du véhicule, distincte de la source principale (20) d'alimentation électrique, la source auxiliaire d'alimentation électrique du véhicule étant une source amovible, configurée pour être sélectivement mise en place sur le véhicule ou retirée du véhicule, en fonction d'un besoin en énergie du véhicule. Application aux tracteurs agricoles, aux tracteurs viticoles et aux engins de travaux publics.

Description

Véhicule utilitaire terrestre à propulsion électrique et à sources d'alimentation électrique multiples
Domaine technique
La présente invewittort concerne un véhicule utilitaire terrestre à propulsion électrique et à sources d'alimentation électrique multiples. On considère que le véhicule est à propulsion électrique lorsqu'il est équipé d'un ou de plusieurs moteurs électriques utilisés pour ie déplacement du véhicule. Les moteurs électriques peuvent notamment être couplés à des roues ou des chenilles du véhicule. Par ailleurs on considère que ie véhicule est à sources d'alimentation électrique multiples lorsqu'il est susceptible de disposer, de manière permanente ou non, de plus d'une source d'alimentation électrique pour son fonctionnement ou pour le fonctionnement de ses accessoires ou agrès.
L'Invention trouve des applications notamment dans le domaine agricole, ou vitloola, pour des tracteurs électriques, ainsi que pour des engins de travaux publics, forestiers ou de voirie. Etat de la technique antérieure.
Un état de la technique est illustré par les documents survente ayant trait à des véhiculée ou des tracteurs électriques :
FR 2 943 608
US 4662 472
US 6 573 675
US 7488 587.
Les tracteurs, et plus généralement les véhicules utilitaires, sont généralement des véhicules lourds, de plusieurs centaines de kilogrammes. Ils s'utilisent seuls quand ils sont dédiés à une seule fonction, par exemple un véhicule de nettoyage de voirie, ou combinés à des équipements complémentaires spécialisés, par exemple, un tracteur associé à une remorque, à une machine à vendanger tractée, à un pulvérisateur agricole Toutefois» compte tenu de la puissance requise pour ces véhicules associés le cas échéant â des équipements, et m particuliers pour des tracteurs utilisés dans le domaine agricole, la masse et ie coût des batteries peuvent s'avérer rédhibttoires pour assurer l'autonomie du véhicule durant une journée de travail complète.
Exposé de l'invention L'Invention procède du constat que l'énergie, et par extension la puissance nécessaire au fonctionnement des véhicules utilitaires, et en particulier des tracteurs agricoles ou viticoles, est très variable en fonction de leur utilisation. Alors qu'une puissance limitée pourrait suffire é une utilisation du véhicule dans un simple déplacement, ou pour l'utilisation d'équipements à faible consommation énergétique comme par exemple le remorquage d'une remorque légère, une puissance bien plus importante peut être requise lors de travaux de labour, ou de travaux impliquant des équipements ou des accessoires à forte consommation énergétique entraînée et mus par des prises de force du véhicule.
De tels véhicules utilitaires â propulsion électrique seraient ainsi utilisés la plupart du temps avec des besoins énergétiques relativement faibles pendant plusieurs heures, et pourraient donc â cet effet être alimentés par une batterie plus légère, moins encombrante et beaucoup moins onéreuse pour couvrir ces besoins,
L'Invention vise ainsi à proposer un véhicule électrique adaptable en matière d'alimentation électrique, en fonction de la charge de travail à laquelle II est destiné.
Pour atteindre ce but, l'Invention propose un véhicule terrestre utilitaire â propulsion électrique comprenant :
- au moins un moteur électrique de propulsion et
- au moins une source principale d'alimentation électrique du véhicule comprenant une batterie d'accumulateurs,
- au moins une source auxiliaire d'alimentation électrique du véhicule, distincte de la source principale d'alimentation électrique, la source auxiliaire d'alimentation électrique du véhiculé étant une source amovible, configurée pour être sélectivement mise en place sur le véhicule ou retirée du véhicule, en fonction d'un besoin en énergie du véhicule, et
- un bus de distribution électrique, la source principale d'alimentation électrique et le moteur électrique de propulsion étant reliés au bue de distribution électrique.
Conformément à l'Invention le véhicule comprend en outre au moins l'un parmi une prise de force électrique, et une pompe hydraulique à moteur électrique connectée au bus de distribution électrique.
On entend par prise de force électrique soit un connecteur électrique sur lequel un équipement accessoire peut être branché, soit une prise de force a entraînement mécanique mue par un moteur électrique. Ces équipements sont prévus pour l'alimentation en énergie électrique, mécanique ou hydraulique d'équipements accessoires du véhicule, tels que des équipements hydrostatiques de levage, des équipements de labour, des équipements de traitement de la vigne ou de plantations, ou encore des équipements de travaux publics pourvus d'actionneurs. La source principale d'alimentation électrique comprend une batterie d'accumulateurs installée de préférence à demeure dans le véhicule. Cette batterie peut être rechargée au besoin, an la retient a une station de chargement électrique, par exemple lorsque le véhicule est remisé. On considéra que la source principale d'alimentation électrique est destinée à l'alimentation électrique du véhicule lorsqu'elle est utilisée notamment pour l'alimentation du ou des moteurs électriques de propulsion du véhicule. Eite peut être utilisée en outre pour l'alimentation électrique d'autres équipements électriques du véhicule tels que des prises de force électriques, mécaniques ou hydrauliques.
La source principale d'alimentation électrique du véhicule peut être conflgurôe pour permettre l'alimentation du véhicule, et des équipements associés, en toute circonstance, de sorte que la seule source principale d'alimentation suffit a l'utilisation du véhicule, de manière autonome. La source auxiliaire d'alimentation électrique du véhicule n'eet pas installée â demeure dans le véhicule mais est amovible. On considère que la source auxiliaire d'alimentation électrique est amovible lorsqu'elle peut être facilement et rapidement retirée et débranchée du véhicule, ou au contraire mise en place et branchée rapidement, sans mesure supplémentaire d'adaptation du véhicule, et au moine aussi rapidement que l'adaptation d'un équipement au véhicule.
En particulier la source auxiliaire d'alimentation peut dire configurée pour une mise en place ou un retrait, par des moyens de fixation rapide, tels que des crochets, ou des pattes de fixation à actlonnement manuel sans outil.
Le caractère amovible de la source auxiliaire d'alimentation électrique permet d'adapter le véhicule en fonction d'un besoin en énergie, pour une durée de travail en autonomie du véhicule plus Importante par exemple, et permet d'alléger considérablement la source principale d'alimentation prévue pour rester à demeure sur le véhicule. En particulier, la source principale d'alimentation électrique peut être équipée avec une batterie d'accumulateurs dont la capacité électrique et le poids sont bien inférieurs â ceux qui seraient requis en l'absence de la possibilité de mettre en place la source auxiliaire d'alimentation électrique. Lorsque le véhicule doit être utilisé pour une tâche légère, peu énerglvore, typiquement pour le simple déplacement de son utilisateur ou pour tracter une remorque légère, la source principale seule, bien que de capacité électrique limitée, présente une autonomie suffisante, par exemple au moins une demi- journée de travail.
De même lorsque le véhicule doit être utilisé pour une tâche lourde et énerglvore, mais de faible durée, par exemple de l'ordre d'une heure, la source principale seule peut également présenter une autonomie suffisante.
Dana ces cas le véhicule n'est de préférence pas équipé de la source accessoire d'alimentation électrique.
II s'avère que, dans ces conditions, c'est-à-dire sans source auxiliaire d'alimentation électrique le véhicule électrique peut généralement couvrir la majeure partie des besoins de l'utilisateur au cours d'une année de travail. Pour un viticulteur, par exemple, il en résulte un tracteur léger, d'un coût raisonnable, provoquent moins de tassement des soie ton» de son passage dans les vignes, tout en ne polluant pas les vignes et en travaillant sans bruit significatif.
En revanche lorsque la véhicule doit être utilisé pour une tâche lourde et énergivore, ou lorsqu'une grande autonomie d'utilisation est requise, il peut au besoin être équipé de la source auxiliaire d'alimentation électrique.
Dans ce cas, ia source auxiliaire d'alimentation électrique du véhicule, embarquée sur le véhicule, peut suppléer aux besoins en énergie, pour alimenter le ou les moteurs de propulsion, pour alimenter les équipements électriques et prises de forces du véhicule, voire pour recharger fa batterie de ia source principale d'alimentation électrique.
Le bus de distribution électrique a principalement pour fonction de distribuer l'énergie électrique en provenance de ia source principale d'alimentation électrique vers le ou les moteurs électriques de propulsion ainsi que la ou les prises de force électriques, ou encore vers ia pompe hydraulique. De l'énergie peut également être transportée, par l'intermédiaire du bue de distribution électrique, depuis les moteurs électriques de propulsion vers (a source principale d'alimentation électrique. Ceci est ie cas dans un mode de fonctionnement a récupération d'énergie, lors d'une décélération du véhicule, par exemple.
La source auxiliaire d'alimentation électrique peut également participer à la fourniture de l'énergie électrique nécessaire par les différents moteurs électriques ou prises de force du véhicule. Elle peut être connectée en parallèle à ia source principale d'alimentation électrique. A cet égard, et de manière avantageuse, le véhicule peut comporter en outre un connecteur pour ia source auxiliaire d'alimentation électrique, le connecteur étant relié au bus de distribution électrique. Dans ce cas, des échanges d'énergie électrique peuvent également avoir Heu depuis et vers la source auxiliaire d'alimentation électrique par l'intermédiaire du bus de distribution électrique,
A titre d'exemple, ie bus de distribution électrique peut alimenter les moteurs électriques de propulsion du véhicule à partir de la batterie d'accumulateurs de la source principale d'alimentation électrique et/ou à partir de la source auxiliaire d'alimentation électrique lorsqu'elle est présent».
Le bus de distribution électrique peut aussi servir, comme Indiqué ci-dessus, à charger la batterie d'accumulateurs de la source principale d'alimentation électrique avec un courant électrique produit par les moteurs électriques de propulsion utilisés en générateurs Sors d'un freinage du véhicule.
Enfin, le bus de distribution électrique peut alimenter la batterie d'accumulateurs de la source principale d'alimentation électrique pour la recharger avec du courant en provenance de la source auxiliaire d'alimentation électrique notamment si l'énergie électrique produite par la source auxiliaire d'alimentation électrique excède temporairement les besoins du véhicule.
Différents types de sources auxiliaires d'alimentation électrique peuvent être envisagés. En particulier la source auxiliaire d'alimentation électrique peut comporter une plie à combustible, par exemple une pile à hydrogène ou à alcool (méthanol, éthartoi), une batterie d'accumulateurs électriques, ou encore un groupe électrogène autonome à moteur thermique. Ces différentes solutions ne sont pas exclusives les unes des autres. En effet plusieurs sources auxiliaires peuvent être prévues et destinées au véhicule,
L'utilisation d'un groupe électrogène autonome à moteur thermique comme source auxiliaire d'alimentation électrique permet d'augmenter considérablement l'autonomie du véhicule pour des émissions polluantes et un coût réduits. Il s'agit par exemple d'un groupe à moteur thermique alimenté par de l'essence, du gazole, du gaz naturel ou de l'éthanoi, ce en fonction du carburant le plus utilisé dans fe pays concerné par l'utilisation du véhicule. L'autonomie du groupe électrogène est assurée notamment par la quantité de carburant contenue dans un réservoir de carburant Intégré au groupe électrogène et par la présence d'un dispositif de démarrage. Par ailleurs le moteur thermique peut, de préférence être un moteur à régime constant, de manière à limiter sa consommation et ses rejets de gaz polluants.
L'utilisation d'un groupe électrogène comme source d'alimentation électrique présente d'autres avantages. Elle permet, par exemple, d'effectuer une recharge des batteries d'accumulateurs de la source principale d'alimentation électrique, dans la cas d'une impossibilité ponctuelle ou permanente de branchement ou d'accès à un réseau de distribution électrique.
Tout comme d'autres sources auxiliaires, un groupe électrogène permet aussi de faire face à une demande momentanée d'un surcroît de puissance dans des conditions d'utilisation sévères du véhicule utilitaire. Enfin, le groupe électrogène peut être utilisé au besoin comme une source d'alimentation électrique autonome pour des outils indépendante du véhicule.
La fonction du bus de distribution électrique, est, comme indiqué précédemment, de répartir l'énergie électrique selon les besoins Instantanés en énergie du véhicule et selon les sources d'alimentation électrique disponibles.
Selon une mise en oeuvre avantageuse de l'Invention, le véhicule peut comporter un convertisseur de tension bidirectionnel reliant la source principale d'alimentation éiectrique au bus de distribution électrique. L'utilisation d'un convertisseur de tension permet de rendre indépendante la tension de fonctionnement du bue de distribution électrique et la tension de la source principale d'alimentation éiectrique.
Ainsi, et en particulier, ie bus de distribution électrique peut présenter une tension de bus supérieure à une tension maximale de charge de la batterie d'accumulateurs de la source principale d'alimentation éiectrique.
La source auxiliaire d'alimentation éiectrique, de même que les moteurs électriques, ou les prises de force électriques, peuvent également être reliés au bus de distribution électrique par l'Intermédiaire de convertisseurs de tension, de manière à rendre autonome la tension de fonctionnement de chacun de ces organes.
De préférence, le bus de distribution éiectrique du véhicule est configuré pour maintenir un seuil de tension élevé, supérieur à 300 Volts, et, par exemple, à un seuil de tension de 450 Volts, et comporte des composants de puissance aptes à maintenir ce seuil de tension. Le maintien d'une tension élevée permet de limiter l'Intensité des courante Issus ou A destination des équipements connectés au bus de distribution électrique, compte tenu des puissances transmises par l'Intermédiaire du bus de distribution électrique. Le ou les convertisseurs de tension utilisés, et en particulier le convertisseur de tension associé à la source principale d'alimentation électrique, sont de préférence bidirectionnels c'est à dire configurés pour l'alimentation électrique du bus de distribution électrique a partir de la batterie d'accumulateurs de la source principale d'alimentation éfecirique et, inversement, pour la charge de la batterie d'accumulateurs de la source principale d'alimentation électrique à partir du bus de distribution électrique,
Comme évoqué ci-dessus, la source auxiliaire d'alimentation électrique peut également comporter un convertisseur de tension, il peut s'agir en particulier d'un convertisseur de tension interne, c'est-à-dire un convertisseur qui lui est propre, de manière à adapter la tension de la source auxiliaire d'alimentation électrique à celle du bus de distribution électrique. Ceci permet de faciliter le branchement de la source auxiliaire d'alimentation électrique au bus de distribution électrique, lors de se mise en place sur le véhicule.
Le véhicule peut comporter une pluralité de moteurs électriques de propulsion reliés respectivement à une pluralité de roues motrices, il peut aussi être équipé de chenilles.
L'une des possibilités évoquées okiessus, et consistant à équiper le véhicule d'une source auxiliaire d'alimentation électrique sous la forme d'une batterie d'accumulateurs, procure également des avantages en terme de coût et d'amortissement du coût du véhicule. On observe en effet sur ie marché des batteries d'accumulateurs une tendance générale d'augmentation de la capacité électrique et de diminution du coût, au cours du temps. L'avènement de batteries moins chères et plus performantes est donc prévisible. Ainsi, ie véhicule peut être pourvu initialement d'une source principale d'alimentation électrique sous la forme d'une batterie d'accumulateurs de capacité et de coût limité, associée si nécessaire à une source auxiliaire d'alimentation de type groupe électrogèrte, de manière à réduire son influence sur le prix du véhicule. Un tel véhicule permet alors une évoiutfon ultérieure à moindre coût, en termes de capacité et d'autonomie, mais aussi en termes de diminution des émissions polluantes et du bruit, grecs à une nouvelle batterie d'accumulateurs, moins onéreuse, et utilisée comme source auxiliaire d'alimentation électrique au sens de l'Invention. Une telle évolution ne nécessite alors aucun démontage ni aucune intervention en atelier sur le véhicule. De manière avantageuse, le véhicule de l'invention peut être associé à un chargeur électrique de batteries. Le chargeur électrique est destiné à la recharge d'une batterie d'accumulateur électrique équipant au moins l'une de la source principale d'alimentation électrique et la source auxiliaire d'alimentation électrique. Le chargeur électrique peut être intégré dans une station de chargement électrique autonome, distante du véhicule, mais de préférence dédiée au véhicule. Dans ce cas, la batterie de la source principale d'alimentation électrique peut être rechangée lorsque le véhicule est à proximité de ta station de chargement La station de chargement se trouve, par exemple, dans une remise pour le véhicule. Lorsque le véhicule est équipé d'une source auxiliaire d'alimentation électrique pourvue d'une batterie électrique, celle-ci peut slmllairement être chargée par le chargeur électrique de la station de chargement.
Selon une autre possibilité, qui n'est pas exclusive de la précédente, le chargeur électrique peut être Intégré au véhicule. Dans ce cas les batteries de la source principale d'alimentation électrique, et le cas échéant la batterie de la source auxiliaire d'alimentation électrique peuvent être rechargées par le chargeur relié à une quelconque prise de courant d'un réseau de distribution électrique domestique ou Industriel.
Au moins l'une de la batterie d'accumulateurs de la source principale d'alimentation électrique, et la batterie d'accumulateurs de la source auxiliaire d'alimentation électrique peut être pourvue d'une unité de gestion de batterie configurée pour contrôler la charge et la décharge de la batterie d'accumulateurs, ainsi que l'équilibrage des cellules de la batterie d'accumulateurs.
Comme Indiqué précédemment le véhicule peut être un tracteur agricole, un tracteur viticoie ou un engin de travaux publics. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortant de la description qui suit, en référence aux figures des dessins. Cette description est donnée à titre illuatratif et non limitatif
Brève description des figurés
La figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un tracteur agricole dans une configuration sans source auxiliaire d'alimentation électrique. ta figure 2 est un éclaté partiel du tracteur agricole de la figure 1.
La figure 3 est une représentation schématique en perspective d'un tracteur agricole dans une configuration avec une source auxiliaire d'alimentation électrique sous la forme d'une plie a combustible ou une batterie électrique d'accumulateurs.
La figure 4 est un éclaté partiel du tracteur agricole de la figure 2.
La figure 5 est un éclaté partiel et schématique d'un tracteur agricole dans une configuration avec une source auxiliaire d'alimentation électrique sous la forme d'un groupe électrogéne à moteur thermique. La figure 6 est une représentation schématique et synoptique des principaux organes électriques d'un véhicule conforme â l'Invention et illustre leur connexion mutuelle.
Les figures sont exécutées en échelle libre. Description détaillée de modes de rnise en oeuvre de l'invention
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures sont Indiquées avec les mêmes références numériques de manière â pouvoir se reporter d'une figure à l'autre. La figure 1 montre un tracteur agricole 10 pourvu de quatre roues motrices
12. Le tracteur comprend par ailleurs une cabine 14 de pilotage, et une source principale d'alimentation électrique 20 comprenant une batterie d'accumulateurs électriques 21, représentée ici de façon symbolique. En raison du poids de la batterie, celle-ci est disposée dans une position basse, en partie sous la cabine 14, de manière à garantir une bonne la stabilité du tracteur.
La partie de la source principale d'alimentation électrique 20 dépassant de la cabine est recouverte d'un capot 22.
La figure 2 montre, sous fa forme d'un éclaté, des moteurs électriques de propulsion 24 des roues, pourvus de réducteurs et respectivement associés à chacun» des roues du tracteur 10. Les roues sont ainsi chacune motrice. Chaque moteur électrique 24 présente par exemple une puissance nominale de 25kW, et une puissance de pointe de 50kW. De tels moteurs associée â des réducteurs mécaniques avec un rapport de 1/50 permettent une transmission sans botte de vitesse pour des vitesses de déplacement de 0 à 40 km/h environ.
Sur la figure 2, le capot 22 est retiré du tracteur. Son retrait laisse apparaître un connecteur 26. Le connecteur 26, sous !a forme d'une embase fixe, comporte des bornes de connexion de puissance et des bornes de transmission de signaux de commande. La fonction du connecteur 26 est décrite plus loin.
La batterie d'accumulateurs 21 de la source principale d'alimentation électrique 20 est représentée symboliquement. Il s'agit, par exemple d'une batterie de type llihfunvlon d'une énergie de 20kWh ou plue, délivrant une tension de 300 volt,
La figure 3 montre ie tracteur 10 sur lequel le capot 22 est remplacé par une source auxiliaire 40 d'alimentation électrique. La source auxiliaire d'alimentation électrique est une source éiedrochimique pourvue d'une batterie d'accumulateur» 42 et/ou d'une plie à combustible 44 Indiquée» symboliquement
Un convertisseur de tension 46 permettant d'ajuster ta tension de la source auxiliaire d'alimentation électrique 40 à la tension nominale de fonctionnement du tracteur est également indiqué de manière symbolique, Ces éléments sont contenus dans un boîtier carrossé 48, fixé sur le tracteur par des moyens de fixation rapide non représentée.
La figure 4, montre, sous la forme d'un éclaté, que la source auxiliaire 40 d'alimentation électrique est également pourvue d'un connecteur 27. Lorsque ta source auxiliaire 40 d'alimentation électrique est mise en place sur le tracteur, à la place du capot 22, le connecteur 27 de la source auxiliaire est accouplé avec le connecteur 26 du tracteur, pour établir une connexion électrique entre ta source auxiliaire d'alimentation électrique et le tracteur. La connexion électrique peut Inclure une connexion de puissance et une connexion de signal. Cet aspect eat décrit plus loin.
La figure 5 montre de manière schématique et sous la forme d'un éclaté, une possibilité de réalisation du tracteur particulièrement avantageuse dans laquelle la source auxiliaire 40 d'alimentation électrique comprend un groupe électrogène 50.
Les principaux organes du groupe électrogène sont un moteur thermique 52 dont seul un conduit d'échappement est visible, un alternateur 94, entraîné par le moteur thermique 52, et un réservoir de carburant 56. Ces organes sont représentés de manière symbolique.
Le moteur thermique 52 est, par exemple, un moteur de 35 à 50kW, a trois cylindres dont la vitesse de rotation est ajustée à 3000 tours par minute. If s'agit, de préférence, d'une vitesse de rotation fixe correspondant au rendement maximum du moteur thermique. Le groupe électrogène 50 peut comporter d'autres organes non représentés, tels que :
- un multiplicateur mécanique permettant d'augmenter la vitesse de rotation de l'alternateur, par rapport à la vitesse de rotation du moteur thermique, Le multiplicateur permet, par exemple de faire tourner l'alternateur 54 à une vitesse de 8000 tours par minute pour une vitesse de rotation du moteur thermique 52 de 3000 tours par minute,
- un redresseur et un filtre de la tension alternative produite par l'alternateur pour en faire une tension continue,
- un éventuel convertisseur de tension pour adapter ia tension de sortie du groupe éJedrogène à une tension nominale de fonctionnement d'un bus de distribution électrique du tracteur, décrit plus loin,
- un radiateur de refroidissement du moteur thermique,
- un démarreur électrique pourvu d'une batterie autonome propm au démarreur.
- un boîtier électronique de commande. Le boîtier de commande peut alors être relié à une unité de calcul et de commande du véhicule. Cet aspect est décrit plus en détail dans la suite de la description.
Accessoirement le groupe électrogène peut comporter une Interface de connexion permettant d'y connecter des appareils électriques domestiques ou industriels autres que ie tracteur, lorsqu'il n'équipe pas ie tracteur ou lorsqu'il est embarqué sur le tracteur a l'arrêt. Le groupe électrogène peut ainsi servir également d'alimentation électrique à usage général. Les éléments du groupe électrogène 50 sont logés dans un boîtier carrossé
48, qui peut être rapporté sur le tracteur d'une manière comparable au boîtier carrossé 48 de la figure 3. Il y est fixé par des moyens de fixation rapide, non représentés. Lorsque le groupe éfectrogène 50 est mis en place sur ie tracteur, il est également relié électriquement au tracteur au moyen d'un connecteur 27, qui vient en prise avec le connecteur 26 du tracteur. Lee connecteurs 28, 27 ont plusieurs fonction». Une fonction principale est de relier la source auxiliaire d'alimentation 40 au tracteur 10 et en particulier à un bus de distribution électrique du tracteur. Une autre fonction est de permettre la transmission bidirectionnelle de signaux de commande et de contrôle entre le tracteur et la source auxiliaire 40 d'alimentation électrique. Il convient toutefois de préciser que les connecteurs peuvent être dédoublés pour séparer les signaux de commande et ia transmission de puissance.
Dans le cas d'une source auxiliaire d'alimentation électrique 40 sous la forme d'un groupe électrogène 50, celle-ci peut être pilotée en fonction de la charge ou de ta tension de la batterie d'accumulateurs 21 de la source principale 20 d'alimentation du tracteur. A titre d'exemple, lorsque la tension de la batterie 21 atteint un seuil bas prédéterminé, un signal de commande peut être dirigé vers le groupe électrogène 50 pour déclencher le démarrage automatique du moteur thermique 52. Inversement, lorsque la tension de la batterie 21 atteint un seuil haut prédéterminé, un signal de commande peut être dirigé vers le groupe électrogène 50 pour arrêter ie moteur thermique 52.
La figure 8 illustre de manière schématique et simplifiée une possibilité de connexion des principaux organes électriques du tracteur 10.
L'architecture électrique du tracteur est organisée autour d'un bus de distribution électrique 60. Il s'agit, par exemple, d'un bus en courant continu sous une tension de 450 volt. Le bus de distribution électrique 60 est reilé aux moteurs électriques 24 de propulsion du tracteur 10. il est également relié à un moteur électrique de prise de force avant 62, un moteur électrique de prise de force arrière 64, et un moteur 66 d'entraînement d'une pompe hydraulique. D'autres consommateurs électriques non représentés, tels que, par exemple, une prise de force électrique pour des accessoires du tracteur, des ampoulée d'éclairage du tracteur, des essuie-glaces, un dispositif de climatisation ou des composants électroniques d'une unité de pilotage, peuvent également être alimentés directement ou indirectement par l'intermédiaire du bus 60 de distribution électrique. Au besoin, des convertisseurs de tension peuvent être prévus pour adapter la tension du bus 60 à la tension nominale des moteurs et équipements électriques mentionnés ci-dessus. Le bus 60 de distribution électrique est relié électriquement à la batterie 21 de la source principale d'alimentation électrique également par l'Intermédiaire d'un convertisseur de tension 23 bidirectionnel permettent d'adapter ia tension de la batterie 21 à celie du bus 60.
Le bus est enfin relié électriquement au connecteur 26 du tracteur.
Lorsqu'aucune source auxiliaire d'alimentation électrique n'équipe !e tracteur, l'alimentation électrique se fait à partir de ia seuie source principale 20 d'alimentation électrique. L'énergie électrique est distribuée aux moteurs et autres consommateurs électriques par l'intermédiaire du bus 60 de distribution électrique.
Lorsque les moteurs électriques 24 de propulsion sont des moteurs fonctionnant selon un mode de générateur lors de phases de freinage du tracteur, ceux-ci peuvent fournir également un courant de charge de ia batterie 21 de la source principale 20 d'alimentation électrique, Ceci est le cas notamment lorsque les moteurs électriques de propulsion 24 sont des moteurs à courant continu, sans balai, et à pilotage électronique.
Comme Indiqué ci-dessus, ie connecteur électrique 26 du tracteur est également relié au bus 80 de distribution électrique. Ainsi, lorsqu'une source auxiliaire 40 d'alimentation électrique est mise en place sur le tracteur et branchée au connecteur 26 du tracteur, la source auxiliaire 40 d'alimentation électrique se trouve reliée électriquement au bus 60 de distribution électrique. Dans œ cas, les moteurs électriques de propulsion 24 et les autres consommateurs électriques 62, 64, 66 mentionnés précédemment peuvent être directement alimentés par la seule source auxiliaire 40 d'alimentation électrique, ou de manière concomitante par la source principale et ia source auxiliaire.
En outre, si l'énergie susceptible d'être fournie par la source auxiliaire 40 d'alimentation électrique excède l'énergie consommée par les moteurs et accessoires électriques du tracteur, ia source auxiliaire 40 d'alimentation électrique permet également de recharger la batterie 21 de la source principale 20 d'alimentation électrique, par l'Intermédiaire du bus 60 de distribution électrique.
La référence 70, Indique de manière symbolique une unité de calcul et de commande, également reliée au connecteur électrique 26 du tracteur. Cette unité permet de transmettre des signaux de commande â la source auxiliaire 40 d'alimentation électrique, en fonction de paramètres de fonctionnement du tracteur, et en particulier en fonction d'un état de charge de la batterie d'accumulateurs 21 de la source principale 20 d'alimentation électrique. L'unité de calcul et de commanda comporte un bus de communication 72 indiqué en trait discontinu, tel que, par exemple, un bus avec protocole de communication CAN. Le bus de communication 72 est relié aux différente organes connectés au bus 60 de distribution électrique, ainsi qu'à des capteurs, non représentés. L'unité de calcul et de commande permet ainsi da contrôler et de commander le véhicule et les différents organes connectés au bus 60 de distribution électrique. Enfin, l'unité de calcul et de commande est reliée à une Interface homme/machine 74 située dans ia cabine du véhicule pour contrôler et diriger te véhicule.
L'unité de calcul et de commande 70 peut également recueillir par l'intermédiaire du connecteur 26, des signaux de surveillance et des signaux de fonctionnement en provenance de la source auxiliaire 40 d'alimentation électrique, il peut s'agir, par exemple, de signaux en provenance d'une unité de gestion de batterie indicatifs d'un état de charge d'une batterie électrique de ia source auxiliaire 40 d'alimentation électrique, si elle en est pourvue. Il peut encore s'agir de signaux d'un boîtier électronique, Indicatifs d'un état de fonctionnement d'un groupe électrogène lorsqu'un tel groupe équipe la source auxiliaire 40 d'alimentation électrique. Les signaux peuvent dans ce cas indiquer, par exemple, un niveau de carburant dans un réservoir de carburant du groupe électrogène.
Slmllalrement, lorsque la source auxiliaire d'alimentation électrique comprend une pile à combustible, l'unité de calcul et de commande 70 peut recueillir des signaux indicatifs d'un niveau de combustible de la pile à combustible.
Comme le montre la figura 6, l'unité de calcul et de commande 70 du tracteur est reliée à la source auxiliaire d'alimentation électrique 40 par l'Intermédiaire des connecteurs 26, 27 et du bus de communication 72. Ceci permet de relier automatiquement l'unité de calcul et de commande 70 à un boîtier électronique de commande ou une unité de gestion propre a (a source auxiliaire d'alimentation électrique, lorsque ia source auxiliaire 40 est connectée au tracteur 40. Sur la figure 6 un trait discontinu indique te caractère accessoire et facultatif de la source auxiliaire 40 d'alimentation électrique.
Lorsque ie tracteur est hors service, par exemple lorsqu'il est remisé, un chargeur de batterie, non représenté, peut être connecté au bus de distribution électrique 60 par l'Intermédiaire du connecteur 26 ou par l'intermédiaire d'un autre connecteur dédié. Le chargeur de batterie ne constitue aucunement une source d'alimentation électrique auxiliaire du tracteur au sens de l'invention dans la mesure où II n'intervient pas dans l'alimentation électrique des moteurs. Le chargeur de batterie permet de recharger la batterie d'accumulateurs 21 de la source principale 20 d'alimentation électrique, ou de la maintenir en charge.
De manière similaire, le même chargeur peut être connecté à ia source auxiliaire d'alimentation électrique, soit de manière directe, soir par l'Intermédiaire du bus de distribution électrique du tracteur, lorsque la source auxiliaire d'alimentation électrique est pourvue d'une batterie d'accumulateurs. Dans ce cas ie chargeur peut également servir à charger et à maintenir ia charge de la batterie d'accumulateurs de la source auxiliaire d'alimentation électrique. Un chargeur embarqué sur le tracteur peut également être prévu pour ia recharge des batteries de fa source principale ou de la source auxiliaire, par un simple branchement sur un réseau de distribution électrique domestique ou i¨dustriel.

Claims

Revendications
1) Véhicule terrestre utilitaire (10) à propulsion électrique comprenant :
- au moins un moteur électrique de propulsion (24)
- au moins une source principale (20) d'alimentation électrique du véhicule comprenant une batterie d'accumulateurs (21),
- eu moine une source auxiliaire (40) d'alimentation électrique du véhicule, distincte de la source principale (20) d'alimentation électrique, la source auxiliaire d'alimentation électrique du véhicule étant une source amovible, configurée pour âtre sélectivement mise en place sur le véhicule ou retirée du véhicule, en fonction d'un besoin en énergie du véhicule, et
- un bus (60) de distribution électrique, la source principale (20) d'alimentation électrique et (e moteur électrique (24) de propulsion étant reliés au bus (60) de distribution électrique,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins l'un parmi une prise de force électrique (62, 64), et une pompe hydraulique à moteur électrique (66), connectés au bus (60) de distribution électrique. 2) Véhicule selon la revendication 1, comprenant en outre un connecteur
(26) pour la source auxiliaire (40) d'alimentation électrique, le connecteur étant relié au bus (60) de distribution électrique.
3) Véhicule selon ta revendication 1 ou 2, comprenant un convertisseur de tension bidirectionnel (23) reliant la source principale (20) d'alimentation électrique au bus (60) de distribution électrique.
4) Véhicule selon la revendication 3, dans lequel le bus (60) de distribution électrique présente une tension de bus supérieure â une tension maximale de charge de la batterie d'accumulateurs de la source principale.
5) Véhicule selon la revendication 1, dans lequel la source auxiliaire (40) d'alimentation électrique comporte un groupe éfectrogéne autonome (50) à moteur thermique (52). 6) Véhicule selon la revendication 1, dane lequel la source auxiliaire (40) d'alimentation électrique comprend une batterie d'accumulateurs électriques (42).
7) Véhicule selon la revendication 1, dans lequel la source auxiliaire (40) d'alimentation électrique comprend une pile à combustible autonome (44).
8) Véhicule selon Tune quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source auxiliaire (20) d'alimentation électrique comprend un convertisseur de tension (46).
9) Véhicule selon Tune quelconque des revendications précédentes, comprenant une pluralité de moteurs électriques de propulsion (24) reliés respectivement è une pluralité de roues motrices (12).
10) Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le véhicule est l'un parmi un traceur agricole, un tracteur vlticole et un engin de travaux publics.
11) Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, associé à un chargeur électrique de batteries, destiné â ha recharge d'une batterie d'accumulateur électrique équipant au moins l'une de la source principale d'alimentation électrique et la source auxiliaire d'alimentation électrique.
12) Véhicule selon la revendication 11, dans lequel le chargeur électrique est intégré dans une station de chargement électrique distante du véhicule.
13) Véhicule selon la revendication 11, dans lequel le chargeur électrique est Intégré au véhicule.
14) Véhicule selon la revendication 6, dans lequel au moins l'une de la batterie d'accumulateurs (21) de la source principale d'alimentation électrique, et la batterie d'accumulateurs (42) de la source auxiliaire d'alimentation électrique est pourvue d'une unité de gestion de batterie configurée pour contrôler la charge et la décharge de la batterie d'accumulateurs, ainsi que l'équilibrage des cellules de la batterie d'accumulateurs.
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