EP2790954A1 - Système et procédé de compensation de courants de fuite à haute fréquence pour véhicule automobile - Google Patents

Système et procédé de compensation de courants de fuite à haute fréquence pour véhicule automobile

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EP2790954A1
EP2790954A1 EP12809210.3A EP12809210A EP2790954A1 EP 2790954 A1 EP2790954 A1 EP 2790954A1 EP 12809210 A EP12809210 A EP 12809210A EP 2790954 A1 EP2790954 A1 EP 2790954A1
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EP
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compensation
motor vehicle
current
earth
ground
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12809210.3A
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German (de)
English (en)
Inventor
Christophe Ripoll
Jerome Durand
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the invention relates to the technical field of battery charging systems, and more particularly battery chargers embedded in a motor vehicle.
  • a non - isolated charger to recharge a battery, in particular a battery of an electric vehicle, may result in the appearance of a leakage current when connected to the distribution network.
  • This leakage current flows through the ground and can trigger differential residual current protections arranged between the charger and the distribution network. When these protections are triggered, the charger power is turned off, and the vehicle charging process is interrupted.
  • the leakage currents are limited by introducing a galvanically isolated transformer between the network and the battery.
  • the size of these transformers increases with the load power through them.
  • Battery chargers embedded in electric motor vehicles are subject to the same hazards and the same remedies.
  • the stored weight / power ratio defines the range of the vehicle. It is therefore not satisfactory to increase the mass of the vehicle by including galvanically isolated transformers in the on-board charger.
  • certain components of a motor vehicle can generate high frequency leakage currents. This is particularly the case of electric motors in which the rotor or the stator can generate such currents. These leakage currents require a specific treatment in order to take into account their frequency component.
  • a high frequency leakage current compensation system derived from at least one member of a motor vehicle, connected to a power supply network in a non-isolated manner via a device rectification connected to the supply network, the supply network having a ground, and at least one phase different from the ground.
  • a first compensation device is connected to rectified phases originating from the rectifying device upstream of the member, and to the mass of the motor vehicle, and / or a second compensation device is connected to rectified phases located downstream of the body, and to ground, the compensation devices being able to take a part of the voltage applied to the body and to emit in the mass a compensation current of the same amplitude, of the same direction and phase opposite to the leakage current.
  • the compensation device may comprise a transformer of which a first winding is connected on the one hand to the member, and on the other hand to a first armature of a capacitor, the other armature of the capacitor being connected to the ground.
  • the second winding of the transformer is connected on the one hand to earth and on the other hand to a terminal of an impedance, the other terminal of the impedance being connected to ground.
  • the compensation system has the advantage of using a limited number of components. The cost of implementing the system is thus reduced.
  • the impedance of the compensation device may be equal to the impedance between the body and the ground.
  • a compensation device downstream of a first member may be common with a compensation device upstream of a second member.
  • Part of the voltage applied to the element can be taken, phase shifted, and the sampled voltage converted into a compensation current with the same amplitude, the same direction and the phase opposite to the leakage current.
  • FIG. 1 illustrates an electrical network of a motor vehicle equipped with an electric motor
  • FIG. 2 illustrates a system for compensating leakage currents within the electrical network of a motor vehicle equipped with an electric motor.
  • FIG 1 there can be seen a single-phase power supply network 1 comprising a different phase of the earth connected to a connection 1a and a ground connected to a connection 1b.
  • the power supply network 1 is connected by the connections 1a, 1b to the input of a common mode filter 2.
  • the common mode filter 2 is connected at the output to a rectifying device 3 by positive connections 2a and negative 2b, itself connected at the output by a connection 3a to an electric motor 5 and by a connection 3b to an inverter 4.
  • the rectifying device 3 may comprise switching switches.
  • the connection 3a may carry a high-frequency cut-off voltage, generating leakage currents If1 and If2.
  • the electric motor 5 is connected at the output by the connection 5a to another input of the inverter 4.
  • the inverter 4 is also connected to a battery January 1 by connections 4a, 4b.
  • Connections 1a, 2a, 1b and 2b carry a current from the phases of the power supply network.
  • the connections 3a, 3b and 5a carry a current resulting from the phases rectified by the rectifying device 3.
  • the electric motor 5 comprises at least one inductance L 1 source of leakage currents. It should be noted that the invention is illustrated here in the context of the compensation of leakage currents resulting from an electric motor winding. However, the invention is applicable to any electrical system that can generate leakage currents.
  • the leakage currents resulting from the inductance L 1 are denoted respectively If1 and If2. These leakage currents appear on connections 8 and 9, respectively, on the one hand ground 10 and on the other hand connections 3a respectively 5a connecting the electric motor 5 to the rectified phase of the electrical distribution network 1.
  • the common mode coupling capabilities characterizing the leakage currents are denoted by Cp1 and Cp2.
  • the capacitor Cp 1 is connected on the one hand between the rectifier device 3 and the electric motor 5 and on the other hand to ground 10.
  • the capacitor Cp2 is connected on the one hand between the inverter 4 and the electric motor 5 and on the other hand to the ground 10.
  • the capacitors Cp 1 and Cp 2 thus characterize the leakage currents upstream and downstream of the inductance L 1 of the electric motor.
  • FIG. 2 differs from FIG. 1 in 6.7 devices for compensating for leakage currents.
  • the first leakage current compensation device 6 comprises a transformer T 1, a first winding of which is connected, on the one hand, between the electric motor 5 and the straightening device 3 by a connection 6a, and on the other hand to a first reinforcement of a capacitance C l, the other armature of the capacitance C 1 being connected to the connection 3b via a connection 6b.
  • the second winding of the transformer T 1 is connected on the one hand to the connection 3b via a connection 6c and on the other hand to a terminal of an impedance ZI, the other terminal of the impedance ZI being connected to ground 10 via a connection 6d.
  • the second compensation device 7 has a similar structure to the first compensation device 6.
  • the second device 7 for compensating the leakage currents comprises a transformer T2 having a first winding connected on the one hand between the electric motor 5 and the inverter 4 by a connection 7a, and on the other hand to a first armature. a capacitor C2, the other armature of the capacitor C2 being connected to the connection 3b via a connection 7b.
  • the second winding of the transformer T2 is connected on the one hand to the connection 3b via a connection 7c and on the other hand to a terminal of an impedance Z2, the other terminal of the impedance Z2 being connected. to ground 10 via a connection 7d.
  • the first device 6 for compensating the leakage currents makes it possible to compensate for the leakage current If1 by injecting into the mass a current Iz 1 with the same amplitude, of the same direction but of phase opposite to the current If1.
  • the second leakage current compensation device 7 makes it possible to compensate for the leakage current If2 by injecting into the mass 10 a current Iz2 of the same amplitude, of the same direction but of phase opposite to the current If2.
  • the leakage current compensation system comprising the first compensation device 6 and the second compensation device 7 thus makes it possible to compensate for all the leakage currents originating in the electric motor 5.
  • a compensation device such as those described above makes it possible to compensate in particular the high-frequency leakage currents.
  • the high frequency component of the current supplying the electric motor 5 is partly removed for the generation of the compensation current Iz 1 by the compensation devices 6, 7.
  • the capacities C 1, C2 see their impedances to zero. They behave like short circuits.
  • the potential difference between the connector 3a and the connector 3b generates is then found at the level of the first winding of the transformers T1 or respectively T2, which generate in return a voltage proportional to the level of the second winding. This voltage across the second winding is applied across the impedance ZI or Z2, which gives rise to the compensation currents Iz1, Iz2.
  • the compensation devices 6,7 are particularly suitable for the compensation of high-frequency leakage currents.
  • the compensation system may include other pairs of compensation devices to accommodate other sources of leakage currents.
  • the compensation system can also be adapted to a multiphase system.
  • a pair of compensation devices is employed for each pair of connectors connected to each source of leakage currents.
  • the leakage currents of a member of a motor vehicle connected to a power supply network 1 by a ground, and by at least one different phase of the earth are compensated by applying a compensation method during which a part is taken. from the voltage applied to the body, the withdrawn voltage is shifted, and converted into compensation current. The amplitude of the current of compensation is modulated to match the magnitude of the leakage current.
  • the phase - shifted voltage is applied to an impedance whose value and nature correspond to those of the equivalent common - mode impedance existing between the body and the mass of the vehicle, the impedance of equivalent common mode being previously determined.
  • the method and the compensation system make it possible to compensate for the high-frequency leakage currents coming from an organ of a motor vehicle. They make it possible to compensate indifferently the leakage currents generated upstream and downstream of the member.

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Abstract

Système de compensation de courants de fuite à haute fréquence issus d' au moins un organe (5) d'un véhicule automobile, connecté à un réseau d' alimentation (1) via un dispositif de redressement (3), le réseau d' alimentation (1) disposant d'une terre, et d' au moins une phase différente de la terre. Pour chaque organe, un premier dispositif (6) de compensation est connecté à des phases redressées issues du dispositif de redressement (3) en amont de l ' organe (5), et à la masse (10) du véhicule automobile, et/ou un deuxième dispositif (7) de compensation est connecté à des phases redressées en aval de l ' organe (5) et à la masse (10), les dispositifs de compensation (6,7) étant aptes à prélever une partie de la tension appliquée à l ' organe (5 ) et à émettre dans la masse (10) un courant de compensation de même amplitude, de même sens et de phase opposée au courant de fuite.

Description

Système et procédé de compensation de courants de fuite à haute fréquence pour véhicule automobile.
L 'invention a pour domaine technique les systèmes de chargement de batterie, et plus particulièrement les chargeurs de batterie embarqués dans un véhicule automobile .
L 'utilisation d'un chargeur non iso lé pour recharger une batterie, notamment une batterie d'un véhicule électrique, peut entraîner l ' apparition d'un courant de fuite lors du raccordement sur le réseau de distribution. Ce courant de fuite transite par la masse et peut déclencher les protections différentielles de courant résiduel disposées entre le chargeur et le réseau de distribution. Lors du déclenchement de ces protections, l' alimentation du chargeur est arrêtée, le processus de charge du véhicule étant alors interrompu.
Généralement, les courants de fuite sont limités en introduisant un transformateur à iso lation galvanique entre le réseau et la batterie. Toutefois, la taille de ces transformateurs augmente avec la puissance de charge les traversant. Les chargeurs de batterie embarqués dans les véhicules automobiles électriques sont soumis aux mêmes aléas et aux mêmes remèdes. Cependant le rapport poids/puissance emmagasinée définit l ' autonomie du véhicule. Il n' est donc pas satisfaisant d' augmenter la masse du véhicule en incluant des transformateurs à iso lation galvanique dans le chargeur embarqué.
Par ailleurs, certains organes d'un véhicule automobile peuvent générer des courants de fuite à haute fréquence . C ' est notamment le cas des moteurs électriques dans lesquels le rotor ou le stator peuvent générer de tels courants. Ces courants de fuite nécessitent un traitement spécifique afin de tenir compte de leur composante fréquentielle.
Il existe un besoin pour un système de compensation de courants de fuite ayant pour origine un organe d'un véhicule automobile, le véhicule automobile étant connecté à un réseau d' alimentation électrique par l ' intermédiaire d'un chargeur non isolé. Il existe également un besoin pour un système de compensation apte à compenser des courants de fuite à haute fréquence.
Selon un aspect de l' invention, on propose un système de compensation de courants de fuite à haute fréquence issus d' au moins un organe d'un véhicule automobile, connecté à un réseau d' alimentation de manière non iso lée via un dispositif de redressement connecté au réseau d' alimentation, le réseau d' alimentation disposant d'une terre, et d' au moins une phase différente de la terre. Pour chaque organe, un premier dispositif de compensation est connecté à des phases redressées issues du dispositif de redressement en amont de l ' organe, et à la masse du véhicule automobile, et/ou un deuxième dispositif de compensation est connecté à des phases redressées situées en aval de l ' organe, et à la masse, les dispositifs de compensation étant aptes à prélever une partie de la tension appliquée à l ' organe et à émettre dans la masse un courant de compensation de même amplitude, de même sens et de phase opposée au courant de fuite.
Un tel système présente l ' avantage de compenser les courants de fuite en amont et en aval de l ' organe à l ' origine desdits courants. Le dispositif de compensation peut comprendre un transformateur dont un premier enroulement est relié d'une part à l ' organe, et d' autre part à une première armature d'une capacité, l ' autre armature de la capacité étant reliée à la terre. Le deuxième enroulement du transformateur est relié d'une part à la terre et d' autre part à une borne d'une impédance, l ' autre borne de l ' impédance étant reliée à la masse.
Le système de compensation présente l ' avantage d' employer un nombre restreint de composants . Le coût de réalisation du système est ainsi réduit.
L ' impédance du dispositif de compensation peut être égale à l' impédance entre l ' organe et la masse.
Un dispositif de compensation en aval d'un premier organe peut être commun avec un dispositif de compensation en amont d'un deuxième organe.
Selon un autre aspect de l' invention, on propose un procédé de compensation de courants de fuite à haute fréquence issus d' au moins un organe d'un véhicule automobile, connecté à un réseau d' alimentation de manière non iso lée via un dispositif de redressement connecté au réseau d' alimentation, le réseau d' alimentation disposant d' une terre, et d ' au moins une phase différente de la terre, dans leque l on génère sur la masse du véhicule automobile un courant de compensation de même amplitude, de même sens et de phase opposée au courant de fuite.
On peut prélever une partie de la tension appliquée à l ' organe, déphaser la tension prélevée, et convertir la tension prélevée en courant de compensation de même amplitude, de même sens et de phase opposée au courant de fuite .
D ' autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée uniquement en tant qu' exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre un réseau électrique d'un véhicule automobile muni d'un moteur électrique, et
- la figure 2 illustre un système de compensation des courants de fuites au sein du réseau électrique d'un véhicule automobile muni d'un moteur électrique.
Sur la figure 1 , on peut voir un réseau d' alimentation électrique 1 monophasé comprenant une phase différente de la terre reliée à une connexion l a et une terre reliée à une connexion l b .
Le réseau d' alimentation électrique 1 est relié par les connexions l a, l b à l ' entrée d'un filtre de mode commun 2. Le filtre de mode commun 2 est relié en sortie à un dispositif de redressement 3 par des connexions positive 2a et négative 2b, lui-même relié en sortie par une connexion 3 a à un moteur électrique 5 et par une connexion 3b à un onduleur 4. Le dispositif de redressement 3 peut comprendre des interrupteurs à découpage. La connexion 3 a peut porter une tension découpée à haute fréquence, générant des courants de fuite Ifl et If2.
Le moteur électrique 5 est relié en sortie par la connexion 5 a à une autre entrée de l'onduleur 4. L 'onduleur 4 est relié par ailleurs à une batterie 1 1 par des connexions 4a, 4b . Les connexions l a, 2a, l b et 2b portent un courant issu des phases du réseau d' alimentation électrique. Les connexions 3 a, 3b et 5 a portent un courant issu des phases redressées par le dispositif de redressement 3.
Le moteur électrique 5 comprend au moins une inductance L l source de courants de fuite. Il est à noter que l 'invention est illustrée ici dans le cadre de la compensation de courants de fuite issus d 'un enroulement de moteur électrique . Toutefois, l ' invention est applicable à tout système électrique pouvant générer des courants de fuites.
En revenant à la figure 1 , on note que les courants de fuite issus de l' inductance L l sont notés respectivement Ifl et If2. Ces courants de fuites apparaissent sur des connexions respectivement 8 et 9 entre d'une part la masse 10 et d' autre part les connexions 3 a respectivement5 a reliant le moteur électrique 5 à la phase redressée du réseau de distribution électrique 1 . Les capacités de couplage en mode commun caractérisant les courants de fuite sont notées Cp l et Cp2. La capacité Cp l est connectée d'une part entre le dispositif de redressement 3 et le moteur électrique 5 et d' autre part à la masse 10. La capacité Cp2 est connectée d'une part entre l' onduleur 4 et le moteur électrique 5 et d' autre part à la masse 10. Les capacités Cp l et Cp2 caractérisent ainsi les courants de fuite en amont et en aval de l' inductance L l du moteur électrique.
Sur la figure 2, les éléments communs avec la figure 1 portent les mêmes références et assurent les mêmes fonctions. La figure 2 diffère de la figure 1 de par des dispositifs 6,7 de compensation des courants de fuite .
Le premier dispositif 6 de compensation des courants de fuite comprend un transformateur T l dont un premier enroulement est relié d'une part entre le moteur électrique 5 et le dispositif de redressement 3 par une connexion 6a, et d ' autre part à une première armature d' une capacité C l , l ' autre armature de la capacité C l étant reliée à la connexion 3b par l ' intermédiaire d'une connexion 6b .
Le deuxième enroulement du transformateur T l est relié d' une part à la connexion 3b par l' intermédiaire d'une connexion 6c et d' autre part à une borne d'une impédance Z I , l ' autre borne de l' impédance Z I étant reliée à la masse 10 par l' intermédiaire d' une connexion 6d.
Le deuxième dispositif 7 de compensation présente une structure similaire au premier dispositif 6 de compensation.
Le deuxième dispositif 7 de compensation des courants de fuite comprend un transformateur T2 dont un premier enroulement est relié d'une part entre le moteur électrique 5 et l' onduleur 4 par une connexion 7a, et d' autre part à une première armature d'une capacité C2, l' autre armature de la capacité C2 étant reliée à la connexion 3b par l ' intermédiaire d'une connexion 7b .
Le deuxième enroulement du transformateur T2 est relié d' une part à la connexion 3b par l' intermédiaire d'une connexion 7c et d' autre part à une borne d'une impédance Z2, l ' autre borne de l' impédance Z2 étant reliée à la masse 10 par l' intermédiaire d' une connexion 7d.
Le premier dispositif 6 de compensation des courants de fuite permet de compenser le courant de fuite Ifl en inj ectant dans la masse 10 un courant Iz l de même amp litude, de même sens mais de phase opposée au courant Ifl .
Le deuxième dispositif 7 de compensation des courants de fuite permet de compenser le courant de fuite If2 en inj ectant dans la masse 10 un courant Iz2 de même amp litude, de même sens mais de phase opposée au courant If2.
Le système de compensation des courants de fuite comprenant le premier dispositif 6 de compensation et le deuxième dispositif 7 de compensation permet ainsi de compenser tous les courants de fuite ayant pour origine le moteur électrique 5.
Un dispositif de compensation tel que ceux décrits ci-dessus permet de compenser notamment les courants de fuite à haute fréquence. La composante à haute fréquence du courant alimentant le moteur électrique 5 est en partie prélevée pour la génération du courant de compensation Iz l par les dispositifs 6,7 de compensation. A haute fréquence, les capacités C 1 ,C2 voient leurs impédances tendre vers zéro . Elles se comportent alors comme des courts-circuits. La différence de potentiel entre le connecteur 3 a et le connecteur 3b génère se retrouve alors au niveau du premier enroulement des transformateurs T l ou respectivement T2, qui génèrent en retour une tension proportionnelle au niveau du deuxième enroulement. Cette tension aux bornes du deuxième enroulement est appliquée aux bornes de l' impédance Z I ou respectivement Z2 qui donne naissance aux courants de compensation Iz l , Iz2.
Par contre, à basse fréquence, les capacités voient leurs impédances tendre vers l' infini. Elles se comportent comme un interrupteur ouvert. Aucune tension n' est appliquée aux bornes des enroulements primaires, et aucun courant de compensation n' est généré.
Il apparaît ainsi que les dispositifs 6,7 de compensation sont particulièrement adaptés à la compensation de courants de fuite à haute fréquence.
Il apparaît également que les capacités de mode commun Cp l et Cp2 doivent être caractérisées avant la conception des dispositifs de compensation afin de pouvoir déterminer des valeurs appropriées des impédances Z I et Z2.
Le système de compensation peut comprendre d' autres paires de dispositifs de compensation pour prendre en compte d' autres sources de courants de fuite.
Le système de compensation peut également être adapté à un système multiphasé. Dans ce cas, une paire de dispositifs de compensation est employée pour chaque paire de connecteurs connectée à chaque source de courants de fuite .
Les courants de fuite d'un organe d'un véhicule automobile connecté à un réseau d' alimentation 1 par une terre, et par au moins une phase différente de la terre sont compensés en appliquant un procédé de compensation au cours duquel on prélève une partie de la tension appliquée à l ' organe, on déphase la tension prélevée, et on la convertit en courant de compensation. L ' amplitude du courant de compensation est modulée afin de correspondre à l ' amplitude du courant de fuite .
Pour moduler l ' amplitude du courant de compensation, on applique la tension prélevée déphasée à une impédance dont la valeur et la nature correspondent à celles de l ' impédance de mode commun équivalente existant entre l 'organe et la masse du véhicule, l' impédance de mode commun équivalente étant préalablement déterminée.
Le procédé et le système de compensation permettent de compenser les courants de fuite à haute fréquence issus d'un organe d'un véhicule automobile. Ils permettent de compenser indifféremment les courants de fuite générés en amont et en aval de l ' organe.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de compensation de courants de fuite à haute fréquence issus d'au moins un organe (5) d'un véhicule automobile, connecté à un réseau d'alimentation (1) via un dispositif de redressement (3), le réseau d'alimentation (1) disposant d'une terre, et d'au moins une phase différente de la terre, caractérisé par le fait que, pour chaque organe,
un premier dispositif (6) de compensation est connecté à des phases redressées issues du dispositif de redressement (3) en amont de l'organe (5) et à la masse (10) du véhicule automobile, et / ou
un deuxième dispositif (7) de compensation est connecté à des phases redressées en aval de l'organe (5) et à la masse (10),
les dispositifs de compensation (6,7) étant aptes à prélever une partie de la tension appliquée à l'organe (5) et à émettre dans la masse (10) un courant de compensation de même amplitude, de même sens et de phase opposée au courant de fuite.
2. Système de compensation selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de compensation (6,7) comprend un transformateur (T1,T2) dont un premier enroulement est relié d'une part à l'organe (5), et d'autre part à une première armature d'une capacité (C1,C2), l'autre armature de la capacité (C1,C2) étant reliée à la terre (3b), le deuxième enroulement du transformateur (T1,T2) est relié d'une part à la terre (3b) et d'autre part à une borne d'une impédance (Z1,Z2), l'autre borne de l'impédance (Z1,Z2) étant reliée à la masse (10).
3. Système de compensation selon la revendication 2, dans lequel l'impédance (Z1,Z2) du dispositif de compensation (6,7) est sensiblement égale à l'impédance entre l'organe (5) et la masse (10).
4. Système de compensation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un dispositif de compensation en aval d'un premier organe est commun avec un dispositif de compensation en amont d'un deuxième organe.
5. Procédé de compensation de courants de fuite à haute fréquence issus d' au moins un organe (5) d'un véhicule automobile, connecté à un réseau d' alimentation ( 1 ) via un dispositif de redressement (3), le réseau d' alimentation ( 1 ) disposant d'une terre, et d' au moins une phase différente de la terre, dans lequel on génère sur la masse ( 10) du véhicule automobile un courant de compensation de même amp litude, de même sens et de phase opposée au courant de fuite .
6. Procédé selon la revendication 5 , dans lequel
- on prélève une partie de la tension appliquée à l' organe (5),
- on déphase la tension prélevée, et
- on convertit la tension prélevée en courant de compensation de même amplitude, de même sens et de phase opposée au courant de fuite.
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