EP2820739A1 - Circuit electrique pour la charge par un reseau electrique d'au moins une unite de stockage d'energie electrique - Google Patents

Circuit electrique pour la charge par un reseau electrique d'au moins une unite de stockage d'energie electrique

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Publication number
EP2820739A1
EP2820739A1 EP13712852.6A EP13712852A EP2820739A1 EP 2820739 A1 EP2820739 A1 EP 2820739A1 EP 13712852 A EP13712852 A EP 13712852A EP 2820739 A1 EP2820739 A1 EP 2820739A1
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EP
European Patent Office
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rectifier
storage unit
circuit
voltage
inductive cell
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13712852.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christophe LAUPIN-VILLEMUS
Thierry Cheng
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Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes de Controle Moteur SAS filed Critical Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention also covers the case where the charging circuit is configured to enable charging of the electrical energy storage unit by electromagnetic induction or by a wired plug, that is to say according to different charging modes.
  • the low frequency rectifier may comprise electronic switches configured to rectify a voltage whose frequency is of the order of 50 Hz or 60 Hz.
  • each rectifier is adapted to the voltage that it must straighten and each rectifier can work optimally.
  • the components of the conventional charging circuit are then not modified but a part dedicated to the charge by electromagnetic induction is then added to the conventional wired charging circuit.
  • the invention further relates, in another of its aspects, to a method of identification by an electric charge terminal of a vehicle, the electric charge terminal comprising:
  • an inductive cell configured to interact with the inductive cell of the charging terminal to exchange energy by electromagnetic induction
  • the load of the electrical energy storage unit of the vehicle can be authorized.
  • the voltage induced at the terminals of the inductive cell 6 drives a rectifier 13 comprising electronic switches 15.
  • these switches 15 are diodes but, in variants not shown, controllable electronic switches can be used for the rectifier 13.
  • These electronic switches 15 are configured to rectify the voltage driving the rectifier 13 and whose frequency can be between 100 kHz and 180 kHz.
  • a capacitor 16 may be interposed between the inductive cell 6 and the rectifier 13. The capacitor 16 makes it possible in particular to carry out an impedance matching between the inductive cell 6 and the input of the rectifier 13, in order to ensure resonance operation.
  • the charge mode selection unit 33 may comprise a plurality of cells 42.
  • the cells 42 may be paired, two cells of the same pair 43 being connected to the same output of the mode selection unit. while one of the cells of the pair 43 has its inputs connected to the inductive cell 6 and the other of the cells of said pair has its inputs connected to the connector.
  • the charging mode selection unit 33 may have the following properties:
  • the electronic switches 15 When the electronic switches 15 are controllable, they can be controlled to switch at any frequency within a range of values ranging for example from 100 Hz to 360 kHz, depending on whether they rectify a voltage at 50 or 60 Hz or a voltage at 140 kHz for example.
  • An example of an electronic switch that can be used to do this is the series or parallel association of Mosfet Canal N IRF 150 transistors marketed by MAGNATEC R.
  • the control unit not shown can control the electronic switches of the electrical circuit 5, for example those of the power stage 25, so as to provide a voltage Continuous value adapted to the electrical energy storage unit 4.
  • the electric circuit 5 comprises an additional stage 30 dedicated to the wired load, this stage 30 comprising a connector (not shown), for example a socket, and similar to that described with reference to FIG. a rectifier 31.
  • This rectifier 31 is configured to rectify the AC voltage delivered via the connector by the electrical network 2, that is to say a signal whose frequency is for example of the order of 50 Hz or 60 Hz.
  • the rectifier 13 may be called a "high frequency rectifier” while the rectifier 31 may be called a "low frequency rectifier", without this restrictively limiting the value of the frequency range of the rectified signal by each rectifier. .
  • the electrical circuit 5 can have the same energy performance as the circuit for the conventional wired load 109 of Figure 1 although having a different operating point.
  • This circuit can guarantee a harmonic distortion rate on the electrical network 2.
  • This circuit 5 can deliver to the electrical energy storage unit 4 a power of the order of 3.5 kW during a load for about 6 hours. hours.

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Abstract

Circuit électrique (5) pour la charge par un réseau électrique d'au moins une unité de stockage d'énergie électrique (4), le circuit (5) comprenant; une cellule inductive (6) configurée pour interagir avec une cellule inductive du réseau électrique pour échanger par induction électromagnétique de l'énergie, un redresseur (13) disposé en aval de la cellule inductive (6) et dont la borne de sortie positive (17) et la borne de sortie négative (20) sont chacune reliées à un conducteur (18, 21) d'un bus continu (19), un condensateur (22) monté entre les deux conducteurs (18, 21) du bus continu (19), un étage de puissance (25) dont la borne d'entrée positive (26) et la borne d'entrée négative (27) sont respectivement reliées à l'un (18, 21) des conducteurs du bus continu (19), et qui est configuré pour adapter la valeur de la tension continue entre sa borne d'entrée positive (26) et sa borne d'entrée négative (27) à l'unité de stockage d'énergie électrique (4), l'étage de puissance comprenant au plus deux convertisseurs de tension, et l'unité de stockage d'énergie électrique (4).

Description

Circuit électrique pour la charge par un réseau électrique d'au moins une unité de stockage d'énergie électrique
La présente invention concerne un circuit électrique pour la charge par un réseau électrique d'au moins une unité de stockage d'énergie électrique.
L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement, à la charge par induction électromagnétique d'une unité de stockage d'énergie électrique. Cette unité de stockage d'énergie électrique peut alimenter un moteur électrique de traction du véhicule.
Il est connu de charger par induction électromagnétique une batterie de véhicule. On a représenté sur la figure 1 un circuit 100 de charge par induction électromagnétique connu. Ce circuit 100 est configuré pour recevoir par induction électromagnétique de l'énergie d'un réseau électrique 101 délivrant une tension alternative dont la fréquence est par exemple de 50 Hz ou 60 Hz. Pour réaliser cette charge par induction électromagnétique, la tension du réseau 101 est redressée par un redresseur 102 puis convertie en une tension alternative de fréquence environ égale à 140 kHz par un onduleur 103. La tension de sortie de l'onduleur 103 alimente alors une cellule inductive 104 qui est ici une antenne et l'alimentation de cette cellule 104 par le réseau électrique 101 génère un champ électromagnétique.
Le circuit 100 comprend une cellule inductive 105, par exemple une bobine, et lorsque cette cellule inductive 105 est immergée dans le champ magnétique généré par la cellule 104, une tension alternative de fréquence sensiblement égale à 140 kHz est induite aux bornes de la cellule 105. Cette tension alternative est redressée par un redresseur 106 avant d'attaquer un onduleur 107 convertissant la tension de sortie du redresseur 106 en une tension alternative de fréquence sensiblement égale à celle du réseau électrique 101. Cette tension est ensuite reçue, le cas échéant après traversée d'un filtre 108, en entrée d'un circuit de charge classique 109. Ce circuit de charge 109 est normalement configuré pour être branché via une prise au réseau électrique 101. Le redresseur 106 et l'onduleur 107 forment ainsi un étage supplémentaire disposé en amont du circuit de charge classique filaire 109.
Le circuit 100 selon l'art antérieur vise ainsi à recréer au sein du véhicule un signal électrique ayant les mêmes caractéristiques que le signal électrique qui serait transmis de façon filaire par le réseau électrique 101.
Avec un tel circuit 100, deux convertisseurs de tension additionnels, à savoir le redresseur 106 et l'onduleur 107 en aval de la cellule inductive 105, doivent être embarqués sur le véhicule, en plus des convertisseurs de tension du circuit de charge classique filaire 109. Ce nombre élevé de convertisseurs embarqués sur le véhicule a des conséquences négatives en termes de coût et d'encombrement. En outre, chacun de ces convertisseurs de tension peut générer un certain échauffement et le nombre élevé de convertisseurs de tension dans le véhicule peut ainsi poser des problèmes en termes d'échauffement et donc de rendement.
Il existe un besoin pour remédier à tout ou partie des inconvénients ci-dessus.
L'invention a pour but de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, à l'aide d'un circuit électrique pour la charge par un réseau électrique d'au moins une unité de stockage d'énergie électrique, le circuit comprenant :
une cellule inductive configurée pour interagir avec une cellule inductive du réseau électrique pour échanger par induction électromagnétique de l'énergie,
- un redresseur disposé en aval de la cellule inductive et dont la borne de sortie positive et la borne de sortie négative sont chacune reliées à un conducteur d'un bus continu,
un condensateur monté entre les deux conducteurs du bus continu,
un étage de puissance dont la borne d'entrée positive et la borne d'entrée négative sont respectivement reliées à l'un des conducteurs du bus continu, et qui est configuré pour adapter la valeur de la tension continue entre sa borne d'entrée positive et sa borne d'entrée négative à l'unité de stockage d'énergie électrique, l'étage de puissance comprenant au plus deux convertisseurs de tension, et
l'unité de stockage d'énergie électrique.
Selon le circuit ci-dessus, la conversion de la tension alternative induite aux bornes de la cellule inductive en une tension continue alimentant l'unité de stockage d'énergie électrique nécessite au plus trois convertisseurs de tension, à savoir le redresseur et les au plus deux convertisseurs de tension de l'étage de puissance.
L'aspect de l'invention ci-dessus consiste à modifier le circuit de charge classique filaire et à utiliser ce circuit modifié entre le réseau électrique et l'unité de stockage d'énergie électrique, contrairement à l'exemple décrit en référence à la figure 1 dans lequel un étage supplémentaire en amont du circuit de charge classique est nécessaire.
On peut ainsi réduire le nombre de convertisseurs par rapport au circuit selon la figure 1 dans lequel au moins quatre convertisseurs de tension sont nécessaires entre la cellule inductive et l'unité de stockage d'énergie électrique, ce qui procure un gain en termes de coût et/ou d' encombrement et/ ou d' échauffement. Dans tout ce qui suit, on désigne par « réseau électrique » un réseau électrique industriel géré par un opérateur et déployé sur une commune, une région, un ou plusieurs Etats, ou un réseau local et/ou indépendant, notamment privé.
L'unité de stockage d'énergie électrique est par exemple une batterie ou plusieurs batteries montées en série ou en parallèle, ou plusieurs branches en parallèle de batteries en série et la tension nominale aux bornes de cette unité de stockage d'énergie électrique peut être comprise entre 280V et 350V, étant notamment de l'ordre de 330V. En variante, des super-condensateurs peuvent être utilisés, par exemple. Des éléments autres que des batteries ou des super-condensateurs peuvent être utilisés.
La cellule inductive est par exemple configurée pour qu'une tension alternative soit générée entre ses bornes lorsqu'elle est soumise à un champ magnétique de fréquence comprise entre 100 kHz et 180 kHz, notamment de l'ordre de 140 kHz. Cette cellule peut être à résonance. De tels champs magnétiques permettent un transfert d'énergie par induction électromagnétique respectant les exigences en termes de compatibilité électromagnétique et de pollution harmonique.
Le redresseur peut comprendre des interrupteurs électroniques configurés pour redresser une tension alternative dont la fréquence est comprise entre 100 kHz et 200 kHz, étant par exemple de 140 kHz. Ces interrupteurs électroniques peuvent être commandables, étant notamment des transistors, par exemple des transistors à effet de champ ou être non commandables, étant par exemple des diodes. Ces interrupteurs peuvent fonctionner en commutation naturelle à une fréquence égale à celle de la tension à redresser. Lorsque ces interrupteurs électroniques sont commandables, ils peuvent être commandés pour commuter à une fréquence égale au double de la valeur de la fréquence de la tension à redresser.
La tension aux bornes du condensateur peut être égale à la tension entre les bornes d'entrée de l'étage de puissance et à la tension entre les bornes de sortie du redresseur, c'est- à-dire que le condensateur peut être directement relié à la sortie du redresseur et à l'entrée de l'étage de puissance.
Selon un exemple de mise en œuvre de l'invention, l'étage de puissance est formé par un convertisseur de tension continu/continu. Dans cet exemple, seuls deux convertisseurs de tension sont interposés entre la cellule inductive et l'unité de stockage d'énergie électrique.
Selon un autre exemple de mise en œuvre de l'invention, l'étage de puissance est formé par l'association en série d'un onduleur additionnel et d'un redresseur additionnel. Dans cet exemple, trois convertisseurs de tension sont interposés entre la cellule inductive et l'unité de stockage d'énergie électrique.
Dans les deux exemples de mise en œuvre de l'invention qui viennent d'être mentionnés, le ou les convertisseurs de tension de l'étage de puissance peuvent comprendre des interrupteurs électroniques commandables, par exemple des transistors et notamment des transistors à effet de champ.
Le circuit électrique peut être exclusivement dédié à la charge par induction
électromagnétique de l'unité de stockage d'énergie électrique.
Du fait des valeurs élevées pour les fréquences de commutation des interrupteurs électroniques, des moyens de dissipation thermique peuvent être prévus. De tels moyens sont par exemple des moyens permettant un refroidissement par convection naturelle ou forcée. Un dissipateur à air ou à eau tel qu'un échangeur calorifique peut être utilisé.
L'invention couvre également le cas où le circuit de charge est configuré pour permettre de charger l'unité de stockage d'énergie électrique par induction électromagnétique ou par une prise filaire, c'est-à-dire selon différents modes de charge.
Dans ce cas, le circuit électrique peut comprendre un connecteur monté en parallèle de la cellule inductive, en amont du redresseur, ledit connecteur étant configuré pour être branché à un connecteur de type complémentaire du réseau électrique.
Les interrupteurs électroniques du redresseur peuvent alors être configurés pour redresser une tension alternative dont la fréquence est de l'ordre de 50 Hz ou de 60 Hz. Les interrupteurs électroniques peuvent alors fonctionner en commutation naturelle à une fréquence égale à celle de la tension à redresser. Lorsque les interrupteurs électroniques sont commandables, ils peuvent être commandés pour commuter à une fréquence égale au moins au double de la valeur de la fréquence de la tension à redresser.
Ces interrupteurs du redresseur, qui sont dans ce cas également en charge du
redressement de la tension induite aux bornes de la cellule inductive, peuvent alors présenter une plage de fonctionnement en fréquence de commutation comprise entre 50 Hz et 360 kHz, cette plage de valeurs de fréquence de commutation permettant aux interrupteurs
électroniques d'assurer un redressement satisfaisant aussi bien d'un signal alternatif dont la fréquence est de l'ordre de 140 kHz que d'un signal alternatif dont la fréquence est de l'ordre de 50 Hz ou 60 Hz. Selon cet exemple, la structure générale du circuit de charge classique filaire est conservée mais certains composants de ce circuit sont modifiés, par exemple les interrupteurs électroniques du redresseur en amont du condensateur. En variante, la possibilité pour le circuit électrique d'assurer également une charge filaire depuis le réseau électrique est obtenue grâce à un connecteur configuré pour être branché audit réseau et à un redresseur basse fréquence, le connecteur étant monté en entrée du redresseur basse fréquence et la sortie de ce redresseur basse fréquence étant montée en parallèle de la sortie du redresseur en aval de la cellule inductive, ce dernier redresseur étant alors appelé redresseur haute fréquence.
Le redresseur basse fréquence peut comprendre des interrupteurs électroniques configurés pour redresser une tension dont la fréquence est de l'ordre de 50 Hz ou 60 Hz.
Selon cette variante, deux redresseurs sont montés en parallèle en amont du
condensateur : le redresseur haute fréquence dont les interrupteurs électroniques sont choisis pour redresser une tension dont la fréquence est notamment comprise entre 100 kHz et 180 kHz et le redresseur basse fréquence dont les interrupteurs électroniques sont choisis pour redresser une tension dont la fréquence est par exemple de l'ordre de 50 Hz ou 60 Hz.
Néanmoins, les termes « haute fréquence » et « basse fréquence » ne doivent pas être chacun limités aux valeurs de fréquence ci-dessus.
La commande des interrupteurs du redresseur basse fréquence peut être effectuée pour assurer une fonction dite « Power Factor Corrector » (PFC).
Selon cette variante, chaque redresseur est adapté à la tension qu'il doit redresser et chaque redresseur peut travailler de façon optimale. Les composants du circuit de charge classique ne sont alors pas modifiés mais une partie dédiée à la charge par induction électromagnétique est alors rajoutée au circuit de charge classique filaire.
Le circuit électrique peut comprendre une unité de sélection du mode de charge configurée pour détecter lequel du connecteur et de la cellule inductive reçoit de l'énergie du réseau électrique et pour relier celui du connecteur et de la cellule inductive alimenté au reste du circuit électrique pour charger l'unité de stockage d'énergie électrique à partir du réseau électrique. Cette unité de sélection du mode de charge peut être déportée par rapport au reste du circuit électrique pour la charge.
Le circuit électrique peut comprendre une unité de commande des interrupteurs électroniques du circuit. Cette unité de commande peut permettre d'assurer que l'unité de stockage d'énergie électrique reçoit une tension de valeur adéquate. L'unité de commande peut par exemple commander les interrupteurs électroniques d'un des redresseurs et/ou de l'étage de puissance pour effectuer la charge. Le cas échéant, cette commande des interrupteurs électroniques peut être effectuée en fonction de l'état de charge de la batterie. Le réseau électrique peut être un réseau polyphasé, notamment triphasé, ou être un réseau monophasé.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un circuit électrique pour la charge par un réseau électrique d'au moins une unité de stockage d'énergie électrique, le circuit comprenant :
une cellule inductive configurée pour interagir avec une cellule inductive du réseau électrique pour échanger par induction électromagnétique de l'énergie et un redresseur haute fréquence disposé en aval de la cellule inductive et dont la borne de sortie positive et la borne de sortie négative sont chacune reliées à un conducteur d'un bus continu,
- un connecteur configuré pour être branché à un connecteur complémentaire du réseau électrique et un redresseur basse fréquence disposé en aval dudit connecteur, dont la borne de sortie positive est reliée à la borne de sortie positive du redresseur haute fréquence et dont la borne de sortie négative est reliée à la borne de sortie négative du redresseur haute fréquence, un condensateur monté entre les deux conducteurs du bus continu,
- un étage de puissance dont la borne d'entrée positive et la borne d'entrée négative sont respectivement reliées à l'un des conducteurs du bus continu, et qui est configuré pour adapter la valeur de la tension continue entre sa borne d'entrée positive et sa borne d'entrée négative à l'unité de stockage d'énergie électrique, et
l'unité de stockage d'énergie électrique.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de charge par un réseau électrique d'une unité de stockage d'énergie électrique à l'aide d'un circuit électrique comprenant une unité de sélection du mode de charge tel qu'exposé ci-dessus, procédé dans lequel :
on détecte que l'un de la cellule inductive et du connecteur est alimenté par le réseau, et
on relie celui de la cellule inductive et du connecteur alimenté par le réseau au reste du circuit électrique dont les interrupteurs électroniques sont commandés de manière à charger l'unité de stockage d'énergie électrique à partir du réseau électrique.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé d'identification par une borne de charge électrique d'un véhicule, la borne de charge électrique comprenant :
une cellule inductive, et un système d'échange de données,
le véhicule comprenant :
une unité de stockage d'énergie électrique,
une cellule inductive configurée pour interagir avec la cellule inductive de la borne de charge pour échanger de l'énergie par induction électromagnétique, et
un système d'échange de données,
procédé dans lequel, préalablement à l'échange d'énergie par induction électromagnétique entre lesdites cellules inductives, on procède à un échange de données entre la borne et le véhicule pour identifier le véhicule.
A l'issue de cet échange de données, la charge de l'unité de stockage d'énergie électrique du véhicule peut être autorisée.
Un identifiant de l'utilisateur du véhicule ou du véhicule peut être transmis à la borne de charge lors de l'échange de données et, en fonction de cet identifiant, l'envoi par la borne d'énergie par induction électromagnétique pour charger l'unité de stockage d'énergie électrique peut être autorisé.
Les informations échangées peuvent par ailleurs porter sur le niveau de charge de l'unité de stockage d'énergie électrique et/ou sur la tension nominale de cette unité de stockage d'énergie électrique, de sorte que cet échange peut permettre de déterminer le débit d'énergie que la borne de charge doit envoyer au circuit électrique de charge.
L'échange de données entre le véhicule et la borne de charge peut se faire sous la forme de radiofréquences, la technologie RFID étant notamment implémentée dans le système d'échange de la borne de charge et dans celui du véhicule.
Les données échangées peuvent ainsi permettre d'automatiser l'échange d'énergie entre la borne de charge et le véhicule et/ou la facturation de cette charge.
En complément de l'échange de données entre le véhicule et la borne de charge, un échange de données peut avoir lieu entre la borne de charge et un terminal informatique du véhicule ou de l'utilisateur. Cet échange de données peut avoir lieu par radiofréquences ou à l'aide d'un réseau de communication, notamment téléphonique ou internet. Ces données peuvent se rapporter à la charge en cours du véhicule et indiquer l'une au moins des informations suivantes : le niveau de charge de l'unité de stockage d'énergie électrique, le temps de charge restant, l'autonomie en kms du véhicule en fonction du niveau de charge ou encore le coût de la charge déjà réalisée. Lors de la charge par induction électromagnétique de l'unité de stockage d'énergie électrique, d'autres informations peuvent être échangées entre le terminal informatique et la borne de charge, par exemple des données relatives à la facturation de l'énergie utilisée pour charger l'unité de stockage d'énergie électrique.
Toujours lors de la charge par induction électromagnétique, le terminal informatique peut communiquer avec le véhicule pour activer des fonctions de pré -conditionnement de composants de ce véhicule, par exemple pour activer des systèmes de dégivrage de vitres, de chauffage de sièges, de chauffage du moteur ou de climatisation de l'habitacle.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé d'assistance au positionnement d'un véhicule par rapport à une borne de charge en énergie électrique, le véhicule comprenant un circuit électrique pour la charge par induction électromagnétique d'une unité de stockage d'énergie électrique, ledit circuit comprenant une cellule inductive configurée pour interagir avec une cellule inductive de ladite borne pour échanger par induction électromagnétique de l'énergie,
procédé dans lequel on fournit à l'utilisateur du véhicule une information représentative de la position de la cellule inductive du circuit vis-à-vis de la cellule inductive de la borne de charge.
L'information représentative de la position de la cellule inductive du circuit vis-à-vis de la cellule inductive de la borne de charge peut être ladite position de la cellule inductive du circuit vis-à-vis de la cellule inductive de la borne de charge ou une information image de ladite position.
L'information image de ladite position peut être un taux d'efficacité du transfert d'énergie du réseau électrique vers le véhicule. Il s'agit par exemple du ratio entre la valeur de la tension aux bornes de la cellule inductive du circuit et la valeur de la tension aux bornes de la cellule inductive de la borne de charge. Cette valeur de ratio, qui découle de la position l'une par rapport à l'autre des cellules inductives, permet à l'utilisateur du véhicule de déplacer celui-ci de manière à ce que le ratio ait une valeur maximale correspondant au positionnement optimal du véhicule par rapport à la borne.
En variante, l'information image de ladite position peut être une carte en deux dimensions représentant la cellule inductive du circuit, celle de la borne de charge et la zone autour de la cellule inductive de la borne dans laquelle la cellule inductive du circuit peut récupérer l'énergie électrique. Le cas échéant, plusieurs zones différentes peuvent être représentées sur cette carte, des plages de valeurs du ratio ci-dessus étant par exemple associées à chacune de ces zones.
Cette information représentative de la position de la cellule inductive du circuit vis-à-vis de la cellule inductive de la borne de charge peut également être utilisée par un système permettant au véhicule de se garer automatiquement lorsque le véhicule se gare à proximité de la borne de charge afin de charger l'unité de stockage d'énergie électrique par induction électromagnétique .
En variante, le véhicule peut être muni d'un système de type GPS et les coordonnées de la borne de recharge peuvent être saisies ou pré -enregistrées dans ce système. L'information représentative de la position de la cellule inductive du circuit par rapport à celle de la borne peut alors se présenter sous la forme de données de navigation fournies par le système de type GPS.
Selon le procédé ci-dessus, l'information représentative de la position de la cellule inductive du circuit électrique par rapport à la cellule inductive de la borne de charge peut être une donnée visuelle ou sonore.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'exemples non limitatifs de mise en œuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel :- la figure 1, déjà décrite, représente la structure électrique de la borne de charge et le circuit électrique pour la charge d'un véhicule selon l'art antérieur,
- la figure 2 représente de façon schématique une borne de charge et un véhicule comprenant un circuit électrique pour la charge selon un exemple de mise en œuvre de l'invention,
- la figure 3 représente, de façon similaire à la figure 1, un exemple de la structure électrique de la borne de charge et d'une partie du circuit électrique pour la charge selon un exemple de mise en œuvre de l'invention,
- la figure 4 représente de façon schématique le circuit électrique pour la charge de la figure 3,
- la figure 5 correspond à la figure 3 sur laquelle la totalité d'un exemple de circuit électrique pour la charge selon l'invention serait représentée,
- les figures 6 et 7 représentent deux variantes du circuit électrique de la figure 5 permettant sélectivement une charge par induction électromagnétique et une charge filaire, - la figure 8 représente un exemple d'unité de sélection du mode de charge pouvant être intégrée au circuit électrique représenté sur la figure 6, et
- la figure 9 représente un exemple d'architecture de l'unité de contrôle de la figure 8. On a représenté à la figure 2 un véhicule 1 interagissant avec une borne de charge 3 d'un réseau électrique 2 pour charger une unité de stockage d'énergie électrique 4 par
l'intermédiaire d'un circuit électrique de charge 5. Le réseau électrique 2 distribue une tension alternative monophasée ou polyphasée, par exemple triphasée, dont la fréquence est notamment de 50 Hz ou 60 Hz.
L'unité de stockage d'énergie électrique 4 est par exemple formée par une ou plusieurs batteries montées en parallèle ou en série, ou encore par plusieurs branches en parallèle de batteries montées en série. L'unité de stockage d'énergie 4 a par exemple une tension nominale comprise entre 280 V et 350 V, notamment de l'ordre de 330 V et elle sert à alimenter électriquement un moteur électrique pour la traction d'un véhicule hybride ou électrique.
Le circuit de charge 5 comprend une cellule inductive 6, configurée pour générer une tension alternative lorsqu'elle est immergée dans un champ magnétique. Dans l'exemple considéré, la cellule inductive 6 est une bobine. Cette cellule inductive 6 interagit avec une cellule inductive 8 de la borne de recharge 3. Comme représenté sur la figure 3, la structure électrique de la borne de charge 3 peut être similaire à celle représentée à la figure 1, c'est-à- dire qu'elle peut comprendre un redresseur 10 convertissant la tension du réseau 2 en une tension continue et un onduleur 11 convertissant la tension continue en une tension alternative ayant une fréquence comprise par exemple entre 100 kHz et 180 kHz, étant par exemple de l'ordre de 140 kHz. De telles valeurs de fréquence sont adaptées au transfert d'énergie par induction électromagnétique. Les ondes électromagnétiques pour ce transfert d'énergie sont générées par la cellule inductive 8 qui est par exemple une antenne.
Comme on peut le voir en comparant les figures 1 et 3, l'un des aspects de l'invention consiste à adapter le circuit de charge classique filaire 109 pour l'utiliser directement en sortie de la cellule inductive 6, sans avoir besoin de l'étage supplémentaire formé par le redresseur 106 et l'onduleur 107.
La figure 4 représente de façon schématique un exemple de circuit de charge 5 de l'unité de stockage d'énergie électrique 4 à partir du réseau électrique 2.
Comme représenté, la tension induite aux bornes de la cellule inductive 6 attaque un redresseur 13 comportant des interrupteurs électroniques 15. Dans l'exemple décrit, ces interrupteurs 15 sont des diodes mais, dans des variantes non représentées, des interrupteurs électroniques commandables peuvent être utilisés pour le redresseur 13. Ces interrupteurs électroniques 15 sont configurés pour redresser la tension attaquant le redresseur 13 et dont la fréquence peut être comprise entre 100 kHz et 180 kHz. Le cas échéant, un condensateur 16 peut être interposé entre la cellule inductive 6 et le redresseur 13. Le condensateur 16 permet notamment de réaliser une adaptation d'impédance entre la cellule inductive 6 et l'entrée du redresseur 13, afin d'assurer un fonctionnement en résonance.
La borne positive 17 du redresseur 13 est reliée à un premier conducteur 18 d'un bus continu 19 tandis que la borne négative 20 du redresseur 13 est reliée à un deuxième conducteur 21 du bus continu 19.
Un condensateur 22 est monté entre le premier conducteur 18 et le deuxième conducteur 21 et ce condensateur 22 peut avoir une capacité comprise entre 1500 μΡ et 2500 μΡίε condensateur 22 est dans l'exemple représenté monté en parallèle de la sortie du redresseur 13 et de l'entrée d'un étage de puissance 25. Cet étage de puissance 25 comprend au plus deux convertisseurs de tension et il est configuré pour adapter la valeur de la tension continue aux bornes du condensateur 22 à l'unité de stockage d'énergie électrique 4.
L'étage de puissance 25 peut présenter une borne d'entrée positive 26 reliée au conducteur 18 du bus continu 19 et une borne d'entrée négative 27 reliée au conducteur 21 du bus continu 19.
L'étage de puissance 25 peut être formé par un convertisseur de tension continu/continu.
Il s'agit par exemple d'un hacheur série ou d'un hacheur parallèle (respectivement encore appelés convertisseur buck et convertisseur boost).
En variante, et comme représenté sur la figure 5, l'étage de puissance 25 peut comprendre un onduleur 28 dont la sortie forme l'entrée d'un redresseur 29. Dans ce cas, le circuit électrique pour la charge 3 de l'unité de stockage d'énergie électrique 4 comprend trois convertisseurs de tension alors qu'il n'en comprend que deux dans le cas où l'étage de puissance 25 est formé par un convertisseur de tension continu/continu.
Dans les exemples des figures 3 à 5, le circuit de charge 5 ne permet la charge de l'unité de stockage d'énergie électrique 4 que par induction électromagnétique. L'invention n'est cependant pas limitée à ces exemples mais peut permettre de commuter entre deux modes de charge, à savoir une charge par induction électromagnétique et une charge filaire, comme on va le voir. Dans tous les exemples considérés, la commande des interrupteurs électroniques des convertisseurs de tension peut être assurée par une unité de contrôle non représentée, celle-ci comprenant par exemple un ou plusieurs microcontrôleurs.
Dans l'exemple de la figure 6, une unité de sélection du mode de charge 33 est disposée en amont du redresseur 13, de sorte que l'entrée du redresseur 13 correspond à la sortie 34 de l'unité 33. Comme on peut le voir sur la figure 8, l'unité de sélection du mode de charge 33 comprend des entrées 35 reliées à la cellule inductive 6 et des entrées 36 reliées à un connecteur, par exemple une prise, configuré pour être branché à un connecteur complémentaire du réseau électrique 2, par exemple une fiche, pour assurer une charge filaire de l'unité de stockage d'énergie 4. Un conducteur de mise à la terre 39 peut contourner l'unité de sélection du mode de charge 33, comme représenté sur la figure 8.
L'unité de sélection du mode de charge 33 peut être alimentée par le réseau de bord 40 du véhicule 1 , ce dernier délivrant par exemple une tension de l'ordre de 12 V qui sert à fournir une alimentation de puissance et une alimentation de commande à l'unité 33. Un exemple détaillé de réalisation de l'unité 33 est illustré sur la figure 9.
Comme représenté, l'unité de sélection du mode de charge 33 peut comprendre une pluralité de cellules 42. Les cellules 42 peuvent être appariées, deux cellules d'une même paire 43 étant reliées à une même sortie de l'unité de sélection du mode de charge 33 tandis que l'une des cellules de la paire 43 a ses entrées reliées à la cellule inductive 6 et que l'autre des cellules de ladite paire a ses entrées reliées au connecteur.
Chaque cellule 42 peut comprendre deux fils électriques 46 et 47 s'étendant chacun s'étendant chacun entre deux extrémités formant respectivement une entrée et une sortie de la cellule 42. Un interrupteur 48 peut être disposé entre les extrémités de chaque fil. Chaque cellule 42 comporte par ailleurs une bobine 49 qui, lorsqu'elle est électriquement alimentée, modifie la position des interrupteurs 48 de la cellule. Chaque cellule 42 peut ainsi former un relais électromécanique et véhiculer un courant électrique d'au moins 32 A.
L'unité de sélection du mode de charge 33 comprend encore deux cellules principales 50 montées en parallèle. L'une de ces cellules principales 50 commande l'alimentation électrique de toutes les bobines 49 des cellules dont les fils 46 et 47 sont reliés à la cellule inductive 6 tandis que l'autre cellule principale 50 commande l'alimentation électrique de toutes les bobines 49 des cellules 42 dont les fils 46 et 47 sont reliés au connecteur.
Chaque cellule principale 50 comprend encore dans l'exemple représenté un interrupteur 51 interposé entre le réseau de bord 40 et les bobines 49 de chaque cellule 42. Chaque cellule principale 50 comprend également dans cet exemple une bobine 53 pouvant sélectivement être électriquement alimentée par le réseau de bord 40. Lorsque la bobine 53 d'une cellule principale 50 est électriquement alimentée, elle déplace l'interrupteur 51 de ladite cellule, qui, selon sa position, permet ou non d'alimenter toutes les bobines 49 en aval de celui-ci.
Que l'unité de sélection du mode de charge 33 soit réalisée ou non comme illustré sur la figure 9, elle peut présenter les propriétés suivantes :
ne pas commuter le conducteur de mise à la terre 39 visible sur la figure 8 et relié au connecteur,
introduire un temps d'attente pour passer d'un mode de charge à l'autre, par exemple de l'ordre de quelques secondes,
réduire le phénomène d'auto-décharge de l'unité de stockage d'énergie électrique 4 lorsque le véhicule est garé et qu'aucune charge n'est en cours,
protéger le réseau électrique 2.
Dans l'exemple représenté sur la figure 6, le redresseur 13 est configuré pour redresser soit une tension alternative dont la fréquence est comprise entre 100 kHz et 180 kHz, soit une tension alternative dont la fréquence est par exemple de 50 Hz ou 60 Hz. Pour pouvoir fonctionner de manière satisfaisante quelle que soit la valeur de la fréquence de la tension alternative à redresser, les interrupteurs du redresseur 13 peuvent commuter à toute fréquence comprise dans une plage de valeur s 'étendant de 50Hz à 1 80 kHz dans le cas d'un fonctionnement en commutation naturelle lorsque les interrupteurs électroniques 15 sont des diodes.
Lorsque les interrupteurs électroniques 15 sont commandables, ils peuvent être commandés de manière à commuter à toute fréquence comprise dans une plage de valeurs s'étendant par exemple de 100 Hz à 360 kHz, selon qu'ils redressent une tension à 50 ou 60 Hz ou une tension à 140 kHz par exemple. Un exemple d'interrupteur électronique pouvant être utilisé pour ce faire est l'association en série ou en parallèle de transistors Mosfet Canal N IRF 150 commercialisés par la société MAGNATECR.
Selon le mode de charge de l'unité de stockage d'énergie électrique, l'unité de contrôle non représentée peut commander les interrupteurs électroniques du circuit électrique 5, par exemple ceux de l'étage de puissance 25, de manière à fournir une tension continue de valeur adaptée à l'unité de stockage d'énergie électrique 4. Dans la variante représentée à la figure 7, le circuit électrique 5 comprend un étage supplémentaire 30 dédié à la charge filaire, cet étage 30 comprenant un connecteur non représenté, par exemple une prise, et similaire à celui décrit en référence à la figure 6 et un redresseur 31. Ce redresseur 31 est configuré pour redresser la tension alternative délivrée via le connecteur par le réseau électrique 2, c'est-à-dire un signal dont la fréquence est par exemple de l'ordre de 50 Hz ou 60 Hz. Dans cet exemple, le redresseur 13 peut être appelé « redresseur haute fréquence » tandis que le redresseur 31 peut être appelé « redresseur basse fréquence », sans que cela ne limite de façon restrictive la valeur de la plage de fréquence du signal redressé par chaque redresseur.
Selon cette variante, chaque redresseur est ainsi dédié à un mode de charge. Une unité de sélection du mode de charge peut être prévue pour activer le redresseur 13 ou 31 en entrée duquel une tension est appliquée du fait de l'alimentation par le réseau électrique 2. L'entrée 61 , respectivement 62, du redresseur 13, respectivement 31 , peut être une sortie de cette unité de sélection du mode de charge.
Le circuit électrique 5 selon tous les exemples ci-dessus peut présenter les mêmes performances énergétiques que le circuit pour la charge classique filaire 109 de la figure 1 bien qu'ayant un point de fonctionnement différent. Ce circuit peut garantir un taux de distorsion harmonique sur le réseau électrique 2. Ce circuit 5 peut permettre de délivrer à l'unité de stockage d'énergie électrique 4 une puissance de l'ordre de 3,5 kW pendant une charge durant environ 6 heures.
L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.
L' expression « comportant un », doit être comprise comme étant synonyme de l'expression « comportant au moins un », sauf lorsque le contraire est spécifié.

Claims

Revendications
1. Circuit électrique (5) pour la charge par un réseau électrique (2) d'au moins une unité de stockage d'énergie électrique (4), le circuit (5) comprenant :
une cellule inductive (6) configurée pour interagir avec une cellule inductive (8) du réseau électrique (2) pour échanger par induction électromagnétique de l'énergie,
un redresseur (13) disposé en aval de la cellule inductive (6) et dont la borne de sortie positive (17) et la borne de sortie négative (20) sont chacune reliées à un conducteur (18, 21) d'un bus continu (19),
un condensateur (22) monté entre les deux conducteurs (18, 21) du bus continu (19), - un étage de puissance (25) dont la borne d'entrée positive (26) et la borne d'entrée négative (27) sont respectivement reliées à l'un (18, 21) des conducteurs du bus continu (19), et qui est configuré pour adapter la valeur de la tension continue entre sa borne d'entrée positive (26) et sa borne d'entrée négative (27) à l'unité de stockage d'énergie électrique (4), l'étage de puissance comprenant au plus deux convertisseurs de tension (28, 29), et
- l'unité de stockage d'énergie électrique (4).
2. Circuit selon la revendication 1, le redresseur (13) comprenant des interrupteurs électroniques (15) configurés pour redresser une tension alternative dont la fréquence est comprise entre 100 kHz et 200 kHz.
3. Circuit selon la revendication 1 ou 2, la tension aux bornes du condensateur (22) étant égale à la tension entre les bornes d'entrée (26, 27) de l'étage de puissance (25) et à la tension entre les bornes de sortie (17, 20) du redresseur (13).
4. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'unité de stockage d'énergie électrique (4) ayant une tension nominale comprise entre 280V et 350V, étant notamment de 330V
5. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'étage de puissance (25) étant un convertisseur de tension continu/continu.
6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, l'étage de puissance (25) étant formé par l'association en série d'un onduleur additionnel (28) et d'un redresseur additionnel (29).
7. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un connecteur monté en parallèle de la cellule inductive (6) en amont du redresseur (13), ledit connecteur étant configuré pour être branché à un connecteur complémentaire du réseau électrique (2).
8. Circuit selon la revendication 7, les interrupteurs électroniques (15) du redresseur (13) étant configurés pour redresser une tension alternative dont la fréquence est de l'ordre de 50 Hz ou de 60 Hz.
9. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un connecteur et un autre redresseur (31), le connecteur étant monté en entrée de cet autre redresseur (31) dont la sortie est montée en parallèle de la sortie du redresseur (13) qui est en aval de la cellule inductive (6).
10. Circuit selon la revendication 9, l'autre redresseur (31) comprenant des interrupteurs électroniques configurés pour redresser une tension dont la fréquence est de l'ordre de 50 Hz ou 60 Hz.
11. Circuit selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, comprenant une unité de sélection du mode de charge (33) configurée pour détecter lequel du connecteur et de la cellule inductive (6) reçoit de l'énergie du réseau électrique (2) et pour relier ledit connecteur ou ladite cellule inductive (6) alimenté au reste du circuit électrique (5) pour charger l'unité de stockage d'énergie électrique (4) à partir du réseau électrique (2).
12. Procédé de charge par un réseau électrique (2) d'une unité de stockage d'énergie électrique (4) à l'aide d'un circuit électrique de charge (5) comprenant une unité de sélection du mode de charge (33) selon la revendication 11 , procédé dans lequel :
on détecte que l'un de la cellule inductive (6) et du connecteur est alimentée par le réseau électrique (2), et
on relie celui de la cellule inductive (6) et du connecteur alimenté par le réseau (2) au reste du circuit électrique (5) dont les interrupteurs électroniques sont commandés de manière à charger l'unité de stockage d'énergie électrique (4) à partir du réseau électrique (2).
13. Procédé d'identification par une borne de charge électrique (3) d'un véhicule (1), la borne de charge électrique (3) comprenant :
une cellule inductive (8), et
un système d'échange de données,
le véhicule (1) comprenant :
- une unité de stockage d'énergie électrique (4),
une cellule inductive (6) configurée pour interagir avec la cellule inductive (8) de la borne de charge (3) pour échanger de l'énergie par induction électromagnétique, et un système d'échange de données,
procédé dans lequel, préalablement à l'échange d'énergie par induction électromagnétique entre lesdites cellules inductives (6, 8), on procède à un échange de données entre la borne (3) et le véhicule (1) pour identifier le véhicule.
14. Procédé d'assistance au positionnement d'un véhicule (1) par rapport à une borne de charge (3), le véhicule (1) comprenant un circuit électrique (5) pour la charge par induction électromagnétique d'une unité de stockage d'énergie électrique (4), ledit circuit (5) comprenant une cellule inductive (6) configurée pour interagir avec une cellule inductive (8) de ladite borne (3) pour échanger par induction électromagnétique de l'énergie,
procédé dans lequel on fournit à l'utilisateur du véhicule (1) une information représentative de la position de la cellule inductive (6) du circuit électrique (5) vis-à-vis de la cellule inductive (8) de la borne de charge (3).
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