DISPOSITIVO MICRO-HÍBRIDO PARA VEHÍCULO A MOTOR.

Dispositivo micro-híbrido para vehículo automóvil, comprendiendo dicho dispositivo,

en una conexión eléctrica en cascada, una máquina eléctrica giratoria (4) acoplada mecánicamente a un motor térmico de dicho vehículo, un convertidor AC/DC (2), un bus de alimentación eléctrica de corriente continua (3), estando dicho bus de alimentación eléctrica de corriente continua (3) conectado a dicho convertidor AC/DC (2) y siendo capaz de ser conectado en los bornes de una batería de almacenamiento de energía (5) que alimenta a una red de distribución eléctrica de dicho vehículo, y medios de almacenamiento de energía de gran capacidad (1, 9) que están montados en paralelo con respecto a dicha conexión en cascada a través de un convertidor continua-continua reversible (8) conectado a dicho bus de alimentación eléctrica de corriente continua (3), caracterizado por el hecho de que comprende también unos medios electrónicos de control (10) que controlan un funcionamiento del dispositivo según alguno de los modos siguientes: un modo de funcionamiento autónomo en el cual el control del dispositivo se define de manera autónoma por dichos medios electrónicos de control (10), y un modo de funcionamiento pilotado en el cual el control del dispositivo está definido por dichos medios electrónicos de control (10) en función de al menos una información (11) suministrada al dispositivo por un sistema de dicho vehículo, y por el hecho de que, en dicho un modo de funcionamiento autónomo, dichos medios electrónicos de control (10) están programados para garantizar automáticamente una regulación del bus de alimentación eléctrica de corriente continua (3) en función de una tensión constante Uconsigna y de una tensión Ubus medida en el bus durante una recuperación de energía en dichos medios de almacenamiento de energía (1) que se activa cuando se satisface la condición Ubus > Uconsigna o durante una restitución de energía por dichos medios de almacenamiento de energía (1) que se activa cuando se satisface la condición Ubus < Uconsigna

La presente invención halla aplicaciones de manera ventajosa, en el ámbito del sector automóvil. Tiene por objeto un dispositivo micro-híbrido en un vehículo automóvil. Este dispositivo micro-híbrido tiene como objetivo por un lado el de recuperar energía eléctrica en las etapas de frenado y, por otro lado, tiene como objetivo restituir esta energía en función del consumo de los diversos equipos eléctricos y electrónicos del que está provisto el vehículo automóvil. 5

En el transcurso de un frenado de un vehículo automóvil, se disipa energía cinética en forma de calor en los discos de freno. Para recuperar esta energía cinética existen en el estado de la técnica dispositivos de frenado regenerativo. Estos dispositivos son capaces de recuperar la energía cinética proveniente del frenado del vehículo automóvil con el fin de transformarla en energía eléctrica.

En un vehículo automóvil, el dispositivo de frenado regenerativo está conectado a una red de distribución 10 eléctrica del vehículo que comprende una batería destinada a almacenar esta energía eléctrica convertida. Esta batería es generalmente una batería convencional de plomo.

La red de distribución eléctrica restituye la energía almacenada en la batería a los diferentes equipos eléctricos y electrónicos de a bordo en el vehículo automóvil. La arquitectura del conjunto de los componentes que pertenecen a la red de distribución eléctrica, o red de a bordo del vehículo, es la de una conexión en cascada, llamada también conexión 15 en serie en lo que sigue en la descripción.

Un problema que se plantea con este tipo de arquitectura es que con una única batería en la red de distribución, se descarga rápidamente cuando el conjunto de los equipos eléctricos y electrónicos consumen al mismo tiempo. Este inconveniente penaliza tanto más cuanta más energía eléctrica consumen estos equipos.

Una solución clásica a este problema consiste en aumentar la capacidad de almacenamiento de la batería. 20 Entonces, el tamaño físico de una tal batería se vuelve muy considerable. Esta solución presenta diversos inconvenientes, en especial el precio, puesto que una batería como esta es relativamente onerosa, y su montaje aumenta la ocupación de espacio del conjunto del compartimiento motor del vehículo. Por lo tanto, la disposición de una tal batería en un entorno de difícil acceso origina problemas de manejabilidad, de peso, de robustez y de coste.

Además, las baterías de energía utilizadas actualmente son baterías convencionales. Estas baterías no están 25 adaptadas para ser cargadas con corrientes elevadas durante un tiempo suficiente para garantizar una recuperación de la energía proveniente del dispositivo de frenado. Con este tipo de dispositivo, la gestión de esta energía transitoria no es muy eficaz para garantizar una regulación de la tensión que circula por la red de distribución eléctrica del vehículo.

Otra solución consiste en equipar el sistema de alimentación eléctrica del vehículo con una segunda red de distribución eléctrica con un almacenador de energía secundario con una capacidad de almacenamiento diferente de 30 aquella de la batería principal o almacenador principal. La segunda red de distribución cohabita con la primera red que tiene el almacenador principal. La segunda red que tiene el almacenador secundario suministra una tensión de alimentación continua flotante y la primera red que tiene el almacenador principal suministra una baja tensión de alimentación continua, generalmente inferior a dicha tensión flotante. De este modo, se obtiene una red global bi-tensión de distribución de energía eléctrica. 35

Los dos almacenadores están acoplados entre sí mediante un convertidor de tensión continua-continua (DC/DC) reversible. El convertidor tiene como función la de permitir transferencias de energía entre los dos almacenadores y las redes de distribución. Un generador de corriente eléctrica, provisto de un alternador o alterno-motor de arranque acoplado al motor térmico del vehículo, alimenta directamente con energía eléctrica al almacenador secundario y, a través del convertidor, al almacenador principal. 40

Es conocido utilizar una batería de condensadores de capacidad muy elevada como almacenador secundario. Estos condensadores de capacidad muy elevada son habitualmente llamados « súper-capacidad » o « súper-condensador » por el experto en la materia. El almacenador secundario, que se denominará como « súper-capacidad » en lo que sigue de la descripción, tiene por función la de recuperar el máximo de energía eléctrica cuando el generador de corriente eléctrica opera como frenado regenerativo. 45

Con respecto a una batería clásica de plomo, la súper-capacidad es indiferente con respecto al número de ciclos de carga / descarga y a su profundidad y tiene pocas restricciones al nivel de la tensión de carga que podrá variar en proporciones considerables.

Este tipo de sistema de alimentación eléctrica bi-tensión también se presenta en la forma de una arquitectura en serie. Los dos almacenadores utilizados en un tal sistema permiten responder mejor al problema de alimentación en energía del vehículo.

Sin embargo, una arquitectura de tipo bi-tensión serie se integra difícilmente en el vehículo, debido a las conexiones relativamente complejas y a los componentes voluminosos que hay que colocar bajo el capó del vehículo. 5

Por lo tanto, se observa que las soluciones propuestas más arriba por el estado de la técnica para responder a los problemas de almacenamiento y de alimentación con energía del conjunto de los equipos eléctricos y electrónicos no son satisfactorias para responder en especial a unas restricciones de ocupación de espacio, de peso y sobre todo de coste, y a preocupaciones específicas de unos sectores de aplicación específicos, tales como el automóvil.

También es conocida una arquitectura diferente de la arquitectura de tipo serie comentada más arriba en la cual 10 la súper-capacidad está conectada a una red de alimentación eléctrica con corriente continua del vehículo a través de un convertidor continua-continua reversible. Este tipo de arquitectura se denomina arquitectura paralelo y presenta la ventaja de conexiones más simples que facilitan la inserción del dispositivo micro-híbrido bajo el capó del vehículo.

Hoy en día es deseable proponer soluciones centradas en esta arquitectura paralelo para ampliar las posibilidades de concepción de los dispositivos micro-híbridos. 15

La solicitud de patente DE10042414 (A1) describe un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1. El sistema comprende también una batería y el montaje de estos componentes del sistema está hecho según la arquitectura en paralelo. La carga de la súper-capacidad a partir de la batería y el retorno de la energía almacenada en la súper-capacidad hacia la batería se realizan en función del estado de carga de la súper-capacidad y de al menos un parámetro característico que representa una disponibilidad de energía existente o una demanda por parte de una 20 máquina eléctrica presente en el sistema.

La presente invención tiene por objeto suministrar un dispositivo micro-híbrido de tipo paralelo que permite una mejor explotación de las prestaciones de las baterías con respecto a las soluciones del estado de la técnica.

El dispositivo según la invención comprende, en una conexión eléctrica en cascada, una máquina eléctrica giratoria acoplada mecánicamente a un motor térmico del vehículo, un convertidor AC/DC, un bus de alimentación 25 eléctrica de corriente continua, estando el bus de alimentación eléctrica de corriente continua conectado al convertidor AC/DC y siendo capaz de ser conectado a los bornes de una batería de almacenamiento de energía que alimenta a una red de distribución eléctrica del vehículo, y medios de almacenamiento de energía de gran capacidad que están montados en paralelo con respecto a dicha conexión en cascada a través de un convertidor continua- continua reversible conectado al bus de alimentación eléctrica de corriente continua. 30

Según la invención, el dispositivo comprende también unos medios electrónicos de control tales como los definidos en la reivindicación 1 adjunta.

Según la invención, el dispositivo de más arriba puede comprender también al menos una de las características siguientes:

-...

1. Dispositivo micro-híbrido para vehículo automóvil, comprendiendo dicho dispositivo, en una conexión eléctrica en cascada, una máquina eléctrica giratoria (4) acoplada mecánicamente a un motor térmico de dicho vehículo, un convertidor AC/DC (2), un bus de alimentación eléctrica de corriente continua (3), estando dicho bus de alimentación eléctrica de corriente continua (3) conectado a dicho convertidor AC/DC (2) y siendo capaz de ser conectado en los 5 bornes de una batería de almacenamiento de energía (5) que alimenta a una red de distribución eléctrica de dicho vehículo, y medios de almacenamiento de energía de gran capacidad (1, 9) que están montados en paralelo con respecto a dicha conexión en cascada a través de un convertidor continua-continua reversible (8) conectado a dicho bus de alimentación eléctrica de corriente continua (3), caracterizado por el hecho de que comprende también unos medios electrónicos de control (10) que controlan un funcionamiento del dispositivo según alguno de los modos 10 siguientes: un modo de funcionamiento autónomo en el cual el control del dispositivo se define de manera autónoma por dichos medios electrónicos de control (10), y un modo de funcionamiento pilotado en el cual el control del dispositivo está definido por dichos medios electrónicos de control (10) en función de al menos una información (11) suministrada al dispositivo por un sistema de dicho vehículo, y por el hecho de que, en dicho un modo de funcionamiento autónomo, dichos medios electrónicos de control (10) están programados para garantizar automáticamente una regulación del bus 15 de alimentación eléctrica de corriente continua (3) en función de una tensión constante Uconsigna y de una tensión Ubus medida en el bus durante una recuperación de energía en dichos medios de almacenamiento de energía (1) que se activa cuando se satisface la condición Ubus > Uconsigna o durante una restitución de energía por dichos medios de almacenamiento de energía (1) que se activa cuando se satisface la condición Ubus < Uconsigna.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho convertidor continua-continua 20 reversible (8) es de tipo por recorte.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó la 2, caracterizado por el hecho de que dichos medios de almacenamiento de energía de gran capacidad (1) comprenden una súper-capacidad (9).

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que dichos medios de almacenamiento de energía de gran capacidad (1) son del tipo que se cargan durante el funcionamiento a unas 25 tensiones comprendidas entre 12 Voltios y 60 Voltios.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que dichos medios de almacenamiento de energía de gran capacidad (1) son del tipo que se cargan durante el funcionamiento a unas tensiones comprendidas entre 0 Voltios y algunos centenares de Voltios.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que la máquina eléctrica 30 giratoria es un alternador (4).

7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que la máquina eléctrica giratoria es un alterno-motor de arranque (4).

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 à 7, caracterizado por el hecho de que dichos medios electrónicos de control (10) controlan un funcionamiento del dispositivo de tal manera que en cada corte o conexión de 35 carga, dichos medios electrónicos de control (10) regulan la tensión para reducir sobretensiones y sub-tensiones en la red de distribución eléctrica del vehículo provocadas por una dinámica limitada de la máquina eléctrica giratoria (4) en modo alternador.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que dichos medios electrónicos de control (10) controlan un funcionamiento del dispositivo de tal manera que se activa un aporte de corriente de asistencia a la batería 40 (5) automáticamente durante una fase de aceleración o de arranque, reduciendo este aporte una caída de tensión en los bornes de la batería (5).

10. Dispositivo según la reivindicación 8 o la 9, caracterizado por el hecho de que dichos medios electrónicos de control (10) controlan un funcionamiento del dispositivo de tal manera que pueden restituir energía almacenada en los medios de almacenamiento de energía (1) para alimentar el bus de alimentación eléctrica de corriente continua (3) como 45 sustitución de la máquina eléctrica giratoria (4) cuando el motor térmico está en funcionamiento o parado.

11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por el hecho de que dichos medios electrónicos de control (10) controlan un funcionamiento del dispositivo de tal manera que alimentan a los medios de almacenamiento de energía (1) por la máquina eléctrica giratoria (4) en modo alternador cuando la batería (5) está completamente cargada pero cuando los medios de almacenamiento de energía (1) aún no están completamente 50 cargados y que el motor térmico no está parado.

12. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado por el hecho de que dichos medios electrónicos de control (10) controlan un funcionamiento del dispositivo de tal manera que cuando hay una solicitación del freno por parte del conductor, una parte de la energía cinética del vehículo se recupera y se suministra a los medios de almacenamiento de energía (1) con la finalidad de rellenarlos completamente.

13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado por el hecho de que dichos medios 5 electrónicos de control (10) controlan un funcionamiento del dispositivo de tal manera que cuando no hay solicitación del acelerador, ni solicitación del freno, si el motor térmico no está parado, entonces la máquina eléctrica giratoria (4) en modo alternador alimenta a la red de distribución eléctrica y a la batería (5).

14. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado por el hecho de que dichos medios electrónicos de control (10) controlan un funcionamiento del dispositivo de tal manera que cuando no hay solicitación del 10 acelerador, ni solicitación del freno, si el motor térmico está parado, entonces los medios de almacenamiento de energía (1) alimentan a la red de distribución eléctrica y a la batería (5).