EP3378149A1 - Dispositif convertisseur de tension pour des signaux haute tension - Google Patents

Dispositif convertisseur de tension pour des signaux haute tension

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Publication number
EP3378149A1
EP3378149A1 EP16805299.1A EP16805299A EP3378149A1 EP 3378149 A1 EP3378149 A1 EP 3378149A1 EP 16805299 A EP16805299 A EP 16805299A EP 3378149 A1 EP3378149 A1 EP 3378149A1
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EP
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voltage
conversion
cell
signal
high voltage
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Withdrawn
Application number
EP16805299.1A
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German (de)
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Inventor
Christophe Bardot
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Bluebus SA
Original Assignee
Bluebus SA
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of DC sources
    • H02J1/102—Parallel operation of DC sources being switching converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/17—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted forming fluid or electrical conduit means or having other means to accommodate the transmission of a force or signal
    • H—ELECTRICITY
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    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/08—Three-wire DC power distribution systems; Systems having more than three wires
    • H02J1/082—DC supplies with two or more different DC voltage levels
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to a voltage converter device for high voltage signals, particularly in an electric vehicle. It also relates to an electric vehicle implementing such a device.
  • the field of the invention is the field of voltage converters for high voltage signals, in particular embedded in electric vehicles.
  • the electric vehicles comprise several electricity storage modules, called “batteries” in the remainder of the application, delivering a high voltage signal, "HT" in the remainder of the application, to power the vehicle power train. These batteries are recharged by a high voltage signal delivered by a charging station HT external to the vehicle.
  • all vehicles, and even more so electric vehicles include auxiliary devices that need to be supplied with low voltage, by one or more low-voltage circuits, for design reasons but also for reasons of security.
  • auxiliary devices that need to be supplied with low voltage, by one or more low-voltage circuits, for design reasons but also for reasons of security.
  • An object of the present invention is to overcome these disadvantages.
  • Another object of the invention is to propose a high-voltage conversion device, in particular for an electric vehicle, which is less expensive, less bulky, lighter and has less impact on the performance of the vehicle.
  • Yet another object of the invention is to propose a high-voltage conversion device, more flexible in terms of the voltage level of the high-voltage signal at the input and / or the power of the low-voltage signal delivered at the output.
  • a voltage conversion device for providing a low voltage electrical signal from a high voltage electrical signal, particularly in an electric vehicle, said device comprising:
  • the invention provides a voltage conversion device for converting a high voltage signal and providing a low voltage signal comprising a plurality of conversion cells arranged in parallel.
  • conversion cells adapted to process, as input, HV signals having different voltage levels.
  • the device according to the invention is more flexible in terms of the voltage level of the input high voltage signal and / or of the low voltage signal output power.
  • the device according to the invention makes it possible to replace several independent converters, so that the design and manufacture of the vehicle are less complex and less time-consuming.
  • the device according to the invention is lighter, less bulky, less expensive and less disadvantageous for the vehicle in terms of performance, than several independent converters.
  • high voltage designates a DC voltage greater than or equal to 60V. According to current standards, such a voltage is also called “dangerous voltage”.
  • At least two conversion cells may be sized to each apply a voltage conversion to a high voltage input signal having a voltage level different from the other cell, to provide a low voltage signal of the same voltage.
  • the device according to the invention can comprise:
  • At least one first cell sized to apply a voltage conversion to a first high voltage input signal having a first voltage level
  • At least one second cell in parallel with said at least one first cell, sized to apply a voltage conversion to a second high voltage input signal, a second voltage level different from said first voltage level; to provide a low voltage signal of the same voltage.
  • the conversion device makes it possible to apply a voltage conversion to HV signals of different voltage levels, to provide a low voltage signal of the same voltage level.
  • the device according to the invention can comprise:
  • At least one cell in particular four cells, for converting a high voltage signal between 280 V and 450 V, and in particular 400 V;
  • the electric recharging of the batteries by an external charging station includes:
  • heating phase during which the vehicle is powered by a signal, called heating, 100V supplied by the station, and
  • a charging phase during which the vehicle is powered by a signal, called load, 400V provided by the station.
  • the invention thus makes it possible to convert the heating signal and the charge signal into voltage by a single device.
  • At least one, in particular each, conversion cell is configured to activate and / or deactivate according to the signal voltage. high voltage applied to the input interface and a predetermined voltage operating range associated with said cell.
  • an operating range associated with at least one, particularly at exactly one, conversion cell may be the 90V-110V voltage range. So, when this cell detects a signal input voltage between 90V and 110V, it is activated automatically. Otherwise, this cell turns off.
  • an operating range associated with at least one cell may be the range of voltages 280V-450V.
  • each of these cells detects at input a voltage signal between 280V and 450V, it is activated automatically. In the opposite case, each of these cells is deactivated.
  • the device according to the invention may comprise, in addition or alternatively, at least one cell performing a conversion of a high voltage signal into a low voltage signal between 22V and 26V, and in particular 24V.
  • At least two conversion cells can be sized to provide a low voltage signal of the same voltage and the same or different power.
  • the power of a low voltage signal provided by a conversion cell may be between 1 and 3kW, and in particular be equal to 2kW.
  • the device according to the invention may comprise an input supply bus for supplying at least two conversion cells with the same high voltage signal supplied to the input interface.
  • this HT signal can be routed to each cell by the power bus.
  • the high voltage input interface may comprise at least one secure connector, more particularly against the leakage of the electrical signal or the electrocution, for example at least one connector incorporating a degree of protection of the IPXXB type and / or a cut circuit type HVIL.
  • the high voltage input interface and the low voltage output interface may be disposed on the same face of said device.
  • the conversion device according to the invention may comprise a cooling means.
  • the cooling means can be individual, and possibly independent, for each conversion cell.
  • the cooling means is common to all of the conversion cells.
  • the cooling means may comprise a circuit in which circulates a cooling fluid, such as air or water.
  • the cooling circuit can be arranged in / on / against at least a portion of a housing or an outer wall of the device.
  • the cooling circuit may preferentially be arranged in / on / against a plate, or more generally a support, on which / which is disposed at least one, in particular each, conversion cell.
  • the casing or the wall of the device according to the invention comprises the cooling circuit in its thickness and comprises at least one inlet and at least one outlet for the cooling fluid.
  • the cooling fluid can be circulated by a circulation means, pump type for example, integrated in said device or external to said device.
  • the conversion device according to the invention is in a one-piece form comprising the input and output interfaces, and possibly the input (s) / output (s) for the cooling fluid.
  • the device according to the invention may further comprise a communication interface with an external device, enabling said device to communicate with said external device, in particular to signal a failure of at least one conversion cell.
  • Such an external device may be a computer of a vehicle or a power management unit of the auxiliary organs of the vehicle.
  • the device according to the invention comprises at least one means for measuring a current consumed by one, in particular each, conversion cell.
  • Such current measuring means may or may not be integrated into each conversion cell.
  • a conversion cell when a conversion cell is down, it is possible to communicate this information to a computer, also called master, of the vehicle via the communication interface.
  • the master can then stop an auxiliary member, for example the heating of the vehicle, so as to ensure the supply of other more sensitive organs, for example power steering or brakes.
  • the current measurement means may also be configured to compare the value of the measured current with a predetermined current value, to determine the operating state of said cell, in particular to detect a failure of said current. cell.
  • the comparison can be carried out in a module common to all the conversion cells.
  • the measured value the current consumed by each cell is transmitted to this common module.
  • an electric vehicle comprising a high voltage electrical circuit and at least one low voltage electrical circuit, said vehicle further comprising a conversion device according to the invention, in particular between said electrical circuits. for supplying said low voltage electrical circuit from said high voltage electrical circuit.
  • the vehicle according to the invention comprises a conversion device according to the invention in communication with a computer or a power management unit of the auxiliary members, to signal a failure of at least one conversion cell
  • said computer or management box may be arranged to stop the supply of at least one auxiliary member of said vehicle, when the conversion device reports a failure of a conversion cell.
  • the vehicle according to the invention may for example be a public transport vehicle of the bus, bus or tram-bus type.
  • trim-bus designates a terrestrial electric public transport vehicle mounted on wheels and which recharges at each station, so as not to require heavy rail-type, catenary-type infrastructures on the road network. .
  • Such an electric vehicle is recharged at each station by means of load elements of the station and a connector connecting said vehicle to said station.
  • the vehicle comprises one or more batteries.
  • Each of the batteries may advantageously be or comprise at least one Lithium-metal-polymer battery, also called battery "LMP ®”.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the principle of an exemplary conversion device according to the invention
  • FIGS. 2-4 are schematic representations of a nonlimiting example of a device according to the invention.
  • FIGURE 5 is a schematic representation of an electric vehicle according to the invention.
  • FIGURE 1 is a schematic representation of the principle of a non-limiting example of a voltage conversion device according to the invention.
  • the device 100 shown in FIG. 1, is in the form of a one-piece assembly 102 having an input interface 104 for supplying said device 100 with a high voltage signal (HT), an output interface 106 to provide a low voltage signal (LV) obtained from said high voltage signal.
  • HT high voltage signal
  • LV low voltage signal
  • the device comprises five voltage conversion cells 108, 110, 112, 114, 116 arranged in parallel between the input interface 104 and the output interface 106.
  • Each conversion cell is sized to provide a low voltage signal of the same voltage, for example 24V, and of the same power, for example 2kW.
  • the conversion cell 108 is sized to apply a voltage conversion to a voltage HV signal between 90V and 110V.
  • the four voltage conversion cells 110-116 are identical and are sized to apply voltage conversion to a voltage HV signal between 280V and 450V.
  • the device 100 comprises an input filter 118 for filtering the high voltage signal present at the input interface 104.
  • the device 100 further comprises a cooling circuit 120, made in the thickness of at least one wall of the one-piece assembly 102, and in which circulates a cooling fluid, such as water.
  • the fluid enters the cooling circuit 120 through an inlet 122, travels the cooling circuit to charge with the calories of the conversion cell (s) 108-116 that are in operation and leaves the cooling circuit 120 through an outlet 124. .
  • the device 100 is further provided with a communication interface 126 and a communication module 128, for communicating with an external device, such as a computer or a vehicle auxiliary power management box. .
  • Each cell 108-116 is provided with means (not shown) for measuring the current consumed by said cell, such as an ammeter.
  • the measuring means is arranged to compare the measured value of the current consumed by the conversion cell with a predetermined value, to detect whether the conversion cell is working properly, or whether the conversion cell has failed.
  • this information is transmitted to the communication module 128 through a communication network 130 within the device 100. This information is communicated to the computer or to the management unit of the device. supply auxiliaries, which can disconnect an auxiliary member, such as heating, to provide power to a sensitive auxiliary member, such as power steering or braking.
  • a predetermined operating range 90V-110V is associated with the conversion cell 108.
  • this conversion cell 108 detects a voltage signal between 90V and 110V as input, it switches on automatically. In the opposite case, this conversion cell 108 is automatically deactivated.
  • a predetermined operating range 280V-450V is associated with each of the cells 110-116.
  • each cell 110- 116 detects a voltage signal input between 280V and 450V as input, it is automatically activated. Otherwise, each of these cells 110-116 is automatically deactivated.
  • the device according to the invention is not limited to the number of cells, nor to the electrical characteristics of the cells described here.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a nonlimiting exemplary embodiment of a voltage conversion device according to the invention.
  • the device 200 shown in FIG. 2 is in the form of a one-piece assembly 102 comprising an upper portion or an upper casing 202, a lower portion or a lower casing 204, between which is disposed a support or a plate 206, comprising the different conversion cells.
  • the device 200 includes all the elements of the device 100 of FIGURE 1.
  • the cooling circuit is arranged in the thickness of the support plate 206, which is also a cooling plate, and which has the inlet 122 and the outlet 124 of the cooling circuit.
  • the HT input interface 104 is in the form of a bipolar connector, in particular a bipolar connector incorporating a degree of protection type IPXXB and / or an HVIL type circuit breaker.
  • the low voltage output interface 106 comprises two monopolar connectors 106 1 and 106 2 .
  • FIGURE 3 is a schematic representation of the device of FIGURE 2 without the upper housing 202, and in a top view.
  • the device 200 comprises four conversion cells, for example the four conversion cells 110-116 of the device 100 of FIG. 1, arranged in parallel, on a first face of the support 206.
  • FIGURE 4 is a schematic representation of the device of the
  • FIGURE 2 without the lower housing 204, and in a view from below.
  • the device 200 comprises a conversion cell, for example the conversion cell 108 of the device 100 of FIG. 1, arranged on a second face of the support 206, opposite the face on which are arranged. cells 110-116.
  • FIG. 4 also shows a power supply bus 402 connecting the conversion cells to the input interface 104, an output power supply bus 404 connecting the conversion cells to the output interface 106, in particular to the monopolar connectors 106i and 106 2 .
  • the device 200 further comprises a power contactor 406.
  • FIGURE 5 is a schematic representation of a non-limiting example of an electric vehicle according to the invention.
  • the electric vehicle 500 shown in FIGURE 5, is an electric bus having one or more electric motors (not shown).
  • the vehicle comprises a first set of batteries, such as the assembly 502, disposed on the side of a rear wall of the bus.
  • the bus 500 further comprises a second set of batteries, for example the assembly 504, disposed in a housing provided in an upper wall of the bus 500.
  • the electric bus 500 further comprises a voltage converter device according to the invention, such as the device 200 of FIGURES 2-4, arranged for example in a housing arranged on the side of the rear wall of the bus 500, under the first set of Battery 502.
  • a voltage converter device such as the device 200 of FIGURES 2-4, arranged for example in a housing arranged on the side of the rear wall of the bus 500, under the first set of Battery 502.
  • This location of the device 200 is of course not limiting and the device can be positioned at other places on the bus.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (100) de conversion de tension pour fournir un signal électrique basse tension à partir d'un signal électrique haute tension, en particulier dans un véhicule électrique, ledit dispositif (100) comprenant : - une interface d'entrée (104) dudit signal haute tension, et - une interface de sortie (106) dudit signal basse tension; caractérisé en ce que ledit dispositif (100) comprend en outre au moins deux cellules (108-116) de conversion haute tension disposées en parallèle entre ladite interface d'entrée (104) et ladite interface de sortie (106) fournissant chacune ledit signal basse tension. Elle concerne également un véhicule électrique équipé d'un tel dispositif.

Description

« Dispositif convertisseur de tension pour des signaux haute tension »
La présente invention concerne un dispositif convertisseur de tension pour des signaux haute tension, en particulier dans un véhicule électrique. Elle concerne également un véhicule électrique mettant en œuvre un tel dispositif.
Le domaine de l'invention est le domaine des convertisseurs de tension pour des signaux haute tension, en particulier embarqués dans des véhicules électriques.
Etat de la technique
Les véhicules électriques comprennent plusieurs modules de stockages d'électricité, appelés « batteries » dans la suite de la demande, délivrant un signal haute tension, « HT » dans la suite de la demande, pour alimenter la chaîne de traction du véhicule. Ces batteries sont rechargées par un signal haute tension délivré par une station de charge HT externe au véhicule.
Dans le même temps, tous les véhicules, et a fortiori les véhicules électriques, comprennent des dispositifs auxiliaires qu'il est nécessaire d'alimenter en basse tension, par un ou plusieurs circuits basse tension, pour des raisons de conception mais également pour des raisons de sécurité. Ainsi, pour alimenter les circuits, ou les dispositifs auxiliaires, basse tension à partir du signal haute tension présent dans le véhicule, délivré par les batteries ou la station de charge, il est nécessaire de réaliser une conversion du signal haute tension en basse tension.
Cependant, en fonction des phases de fonctionnement du véhicule électrique, il arrive souvent que différents signaux haute tension avec des niveaux de tension différents sont présents dans le véhicule à tour de rôle. Par exemple, pendant la phase de charge des batteries, le véhicule peut être alimenté par un premier signal haute tension de l'ordre de 100V pour la chauffe des batteries, puis par un deuxième signal haute tension de l'ordre de 400V pour la charge des batteries. Du fait de ces différents niveaux de tension, les véhicules électriques sont équipés par plusieurs convertisseurs, chacun dédié à la conversion d'un signal haute tension d'un niveau de tension donné, ce qui est onéreux, volumineux et alourdit le véhicule électrique. De plus, cela impacte les performances du véhicule et rend la conception et la fabrication des véhicules électriques plus complexe et plus chronophage. Enfin, les convertisseurs utilisés ne permettent pas une adaptation, à la volée de la puissance, injectée dans un circuit basse tension.
Un but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de conversion haute tension, en particulier pour véhicule électrique, moins onéreux, moins volumineux, moins lourd et impactant moins les performances du véhicule.
Il est aussi un but de l'invention de proposer un dispositif de conversion haute tension, en particulier pour véhicule électrique, permettant une conception et une fabrication moins complexes et moins chronophages dudit véhicule électrique.
Encore un but de l'invention est de proposer un dispositif de conversion haute tension, plus flexible en termes de niveau de tension du signal haute tension en entrée et/ou de puissance du signal basse tension délivré en sortie.
Exposé de l'invention
L'invention permet d'atteindre au moins l'un de ces buts par un dispositif de conversion de tension pour fournir un signal électrique basse tension à partir d'un signal électrique haute tension, en particulier dans un véhicule électrique, ledit dispositif comprenant :
- une interface d'entrée dudit signal haute tension, et
- une interface de sortie dudit signal basse tension ;
caractérisé en ce que ledit dispositif comprend en outre au moins deux cellules de conversion haute tension disposées en parallèle entre ladite interface d'entrée et ladite interface de sortie fournissant chacune ledit signal basse tension. Ainsi, l'invention propose un dispositif de conversion de tension pour convertir un signal haute tension et fournir un signal basse tension comprenant plusieurs cellules de conversion disposées en parallèle. Ainsi, il est possible de prévoir des cellules de conversion adaptées pour traiter, en entrée, des signaux HT présentant différents niveaux de tension. De plus, il est possible d'utiliser un nombre souhaité de cellules en parallèle, de sorte à adapter la puissance du signal basse tension fourni en sortie. Ainsi, le dispositif selon l'invention est plus flexible en termes de niveau de tension du signal haute tension en entrée et/ou de puissance du signal basse tension délivré en sortie.
De plus, le dispositif selon l'invention permet de remplacer plusieurs convertisseurs indépendants, de sorte que la conception et la fabrication du véhicule sont moins complexes et moins chronophages.
De plus, le dispositif selon l'invention est moins lourd, moins volumineux, moins onéreux et moins pénalisant pour le véhicule en termes de performances, que plusieurs convertisseurs indépendants.
Dans la présente demande, l'expression « haute tension », désigne une tension continue supérieure ou égale à 60V. Selon les normes actuelles, une telle tension est également appelée « tension dangereuse ».
Avantageusement, au moins deux cellules de conversion peuvent être dimensionnées pour appliquer, chacune, une conversion de tension à un signal d'entrée haute tension présentant un niveau de tension différent de l'autre cellule, pour fournir un signal basse tension de même tension.
Autrement dit, le dispositif selon l'invention peut comprendre :
- au moins une première cellule dimensionnée pour appliquer une conversion de tension à un premier signal d'entrée haute tension présentant un premier niveau de tension, et
- au moins une deuxième cellule, en parallèle de ladite au moins une première cellule, dimensionnée pour appliquer une conversion de tension à un deuxième signal d'entrée haute tension, d'un deuxième niveau de tension différent dudit premier niveau de tension ; pour fournir un signal basse tension de même tension.
Ainsi, le dispositif de conversion selon l'invention permet d'appliquer une conversion de tension à des signaux HT de différents niveaux de tension, pour fournir un signal basse tension d'un même niveau de tension.
Suivant un exemple de réalisation nullement limitatif, particulièrement adapté au véhicule électrique, le dispositif selon l'invention peut comprendre :
- au moins une, en particulier exactement une, cellule de conversion d'un signal haute tension compris entre 90V et 110V, et en particulier de 100V ; et
- au moins une cellule, en particulier quatre cellules, de conversion d'un signal haute tension compris entre 280V et 450V, et en particulier de 400V ;
agencées parallèles entre-elles et fournissant chacune un signal basse tension de même tension.
En effet, dans certains véhicules électriques, le rechargement électrique des batteries par une station de charge externe, comprend :
- une phase de chauffe, lors de laquelle le véhicule est alimenté par un signal, dit de chauffe, de 100V fourni par la station, et
- une phase de charge, lors de laquelle le véhicule est alimenté par un signal, dit de charge, de 400V fourni par la station.
L'invention permet donc de réaliser une conversion en tension du signal de chauffe et du signal de charge par un seul et unique dispositif.
Lorsque le dispositif selon l'invention réalise une conversion en tension de différents niveaux de tension présentés en entrée, au moins une, en particulier chaque, cellule de conversion est configurée pour s'activer et/ou se désactiver en fonction de la tension du signal haute tension appliqué à l'interface d'entrée et d'une plage de fonctionnement de tensions prédéterminée associée à ladite cellule.
Par exemple, une plage de fonctionnement associée à au moins une, en particulier à exactement une, cellule de conversion peut être la plage de tensions 90V-110V. Ainsi, lorsque cette cellule détecte en entrée un signal de tension compris entre 90V et 110V, elle s'active automatiquement. Dans le cas contraire, cette cellule se désactive.
De plus, une plage de fonctionnement associée à au moins une cellule, en particulier à quatre cellules, peut-être la plage de tensions 280V- 450V. Ainsi, lorsque chacune de ces cellules détecte en entrée un signal de tension compris entre 280V et 450V, elle s'active automatiquement. Dans le cas contraire, chacune de ces cellules se désactive.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre, en plus ou alternativement, au moins une cellule réalisant une conversion d'un signal haute tension en un signal basse tension compris entre 22V et 26V, et en particulier de 24V.
Selon l'invention, au moins deux cellules de conversion peuvent être dimensionnées pour fournir un signal basse tension de même tension et de puissance identique ou différente.
Par exemple, la puissance d'un signal basse tension fourni par une cellule de de conversion peut être comprise entre 1 et 3kW, et en particulier être égale à 2kW.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre un bus d'alimentation, dit d'entrée, pour alimenter au moins deux cellules de conversion avec un même signal haute tension fourni à l'interface d'entrée.
Par exemple, lorsque plusieurs cellules de conversion sont utilisées pour convertir un même signal HT, dans ce cas ce signal HT peut être acheminé vers chaque cellule par le bus d'alimentation.
Avantageusement, l'interface d'entrée haute tension peut comprendre au moins un connecteur sécurisé, plus particulièrement contre la fuite du signal électrique ou l'électrocution, par exemple au moins un connecteur intégrant un degré de protection de type IPXXB et/ou un coupe circuit de type HVIL. Suivant un exemple de réalisation préféré, facilitant l'utilisation dudit dispositif, l'interface d'entrée haute tension et l'interface de sortie basse tension peuvent être disposées sur une même face dudit dispositif. Avantageusement, le dispositif de conversion selon l'invention peut comprendre un moyen de refroidissement.
Le moyen de refroidissement peut être individuel, et éventuellement indépendant, pour chaque cellule de conversion.
Alternativement, le moyen de refroidissement est commun à l'ensemble des cellules de conversion.
Suivant un mode de réalisation, le moyen de refroidissement peut comprendre un circuit dans lequel circule un fluide de refroidissement, tel que de l'air ou de l'eau.
Le circuit de refroidissement peut être aménagé dans/sur/contre au moins une partie d'un carter ou d'une paroi extérieure du dispositif.
Alternativement, ou en plus, le circuit de refroidissement peut préférentiellement être aménagé dans/sur/contre une plaque, ou plus généralement un support, sur laquelle/lequel est disposée au moins une, en particulier chaque, cellule de conversion.
Préférentiellement, le carter ou la paroi du dispositif selon l'invention comprend le circuit de refroidissement dans son épaisseur et comprend au moins une entrée et au moins une sortie pour le fluide de refroidissement.
Le fluide de refroidissement peut être mis en circulation par un moyen de circulation, de type pompe par exemple, intégré audit dispositif ou externe audit dispositif.
Préférentiellement, le dispositif de conversion selon l'invention se présente sous une forme monobloc comprenant les interfaces d'entrée et de sortie, et éventuellement les entré(s)/sortie(s) pour le fluide de refroidissement.
Avantageusement, le dispositif selon l'invention peut en outre comprendre une interface de communication avec un appareil externe, permettant audit dispositif de communiquer avec ledit appareil externe, en particulier pour signaler une panne d'au moins une cellule de conversion.
Un tel appareil externe peut être un calculateur d'un véhicule ou un boîtier de gestion d'alimentation des organes auxiliaires du véhicule.
Suivant une version particulièrement avantageuse, le dispositif selon l'invention comprend au moins un moyen de mesure d'un courant consommé par une, en particulier chaque, cellule de conversion.
Un tel moyen de mesure de courant peut être intégré ou non à chaque cellule de conversion.
Ainsi, il est possible de surveiller le courant consommé par ladite cellule et de déterminer si ladite cellule présente un état de fonctionnement normal ou une panne.
Lorsqu'un panne est détectée au niveau d'une cellule de conversion, il est possible de communiquer cette information à l'appareil externe, par exemple au boîtier de gestion d'alimentation ou au calculateur d'un véhicule, de sorte que l'appareil externe peut ajuster/modifier la consommation du courant fourni par le dispositif selon l'invention, par exemple en arrêtant un organe auxiliaire.
Par exemple, dans le cas d'un véhicule, lorsqu'une cellule de conversion est en panne, il est possible de communiquer cette information à un calculateur, également appelé master, du véhicule par l'intermédiaire de l'interface de communication. Le master peut alors arrêter un organe auxiliaire, par exemple le chauffage du véhicule, de sorte à assurer l'alimentation d'autres organes plus sensibles, par exemple la direction assistée ou les freins.
Pour au moins une cellule, le moyen de mesure du courant peut en outre être configuré pour comparer la valeur du courant mesuré à une valeur de courant prédéterminée, pour déterminer l'état de fonctionnement de ladite cellule, en particulier pour détecter une panne de ladite cellule.
Alternativement, la comparaison peut être réalisée dans un module commun à toutes les cellules de conversion. Dans ce cas, la valeur mesurée du courant consommé par chaque cellule est transmise vers ce module commun.
Suivant un autre aspect de la même invention, il est proposé un véhicule électrique comprenant un circuit électrique haute tension et au moins un circuit électrique basse tension, ledit véhicule comprenant en outre un dispositif de conversion selon l'invention, en particulier entre lesdits circuits électriques pour alimenter ledit circuit électrique basse tension à partir dudit circuit électrique haute tension.
Avantageusement, lorsque le véhicule selon l'invention comprend un dispositif de conversion selon l'invention en communication avec un calculateur ou un boîtier de gestion d'alimentation des organes auxiliaires, pour signaler une panne d'au moins une cellule de conversion, alors ledit calculateur ou boîtier de gestion peut être agencé pour arrêter l'alimentation d'au moins un organe auxiliaire dudit véhicule, lorsque le dispositif de conversion signale une panne d'une cellule de conversion. Le véhicule selon l'invention peut par exemple être un véhicule de transport en commun du type bus, car ou tram-bus.
Dans la présente demande, l'expression « tram-bus » désigne un véhicule électrique terrestre de transport en commun monté sur roues et qui se recharge à chaque station, afin de ne pas nécessiter des infrastructures lourdes de type rails, caténaires, sur la voirie. Un tel véhicule électrique se recharge à chaque station au moyen d'éléments de charge de la station et d'un connecteur reliant ledit véhicule à ladite station.
Selon l'invention, le véhicule comprend une ou plusieurs batteries. Chacune des batteries peut avantageusement être ou comprendre au moins une batterie Lithium-métal-polymère, également appelée batterie « LMP® ».
Description des figures et modes de réalisation D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels
- la FIGURE 1 est une représentation schématique du principe d'un exemple de dispositif de conversion selon l'invention ;
- les FIGURE 2-4 sont des représentations schématiques d'un exemple non limitatif d'un dispositif selon l'invention ; et
- la FIGURE 5 est une représentation schématique d'un véhicule électrique selon l'invention.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite, isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à de l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie est uniquement suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
La FIGURE 1 est une représentation schématique du principe d'un exemple non limitatif d'un dispositif de conversion de tension selon l'invention.
Le dispositif 100, représenté sur la FIGURE 1, se présente sous la forme d'un ensemble monobloc 102 comportant une interface d'entrée 104 pour alimenter ledit dispositif 100 avec un signal haute tension (HT), une interface de sortie 106 pour fournir un signal basse tension (BT) obtenu à partir dudit signal haute tension.
Le dispositif comprend cinq cellules de conversion de tension 108, 110, 112, 114, 116 disposées en parallèle entre l'interface d'entrée 104 et l'interface de sortie 106. Chaque cellule de conversion est dimensionnée pour fournir un signal basse tension de même tension, par exemple 24V, et de même puissance, par exemple 2kW.
La cellule de conversion 108 est dimensionnée pour appliquer une conversion de tension à un signal HT de tension compris entre 90V et 110V.
Les quatre cellules de conversion de tension 110-116 sont identiques et sont dimensionnées pour appliquer une conversion de tension à un signal HT de tension compris entre 280V et 450V. Le dispositif 100 comprend un filtre 118 disposé en entrée pour filtrer le signal haute tension présent à l'interface d'entrée 104.
Le dispositif 100 comprend en outre un circuit de refroidissement 120, réalisé dans l'épaisseur d'au moins une paroi de l'ensemble monobloc 102, et dans lequel circule un fluide de refroidissement, tel que de l'eau. Le fluide entre dans le circuit de refroidissement 120 par une entrée 122, parcours le circuit de refroidissement pour se charger avec les calories de la ou des cellules de conversion 108-116 qui sont en fonctionnement et sort du circuit de refroidissement 120 par une sortie 124.
Le dispositif 100 est en outre muni d'une interface de communication 126 et d'un module de communication 128, pour communiquer avec un appareil externe, tel qu'un calculateur ou un boîtier de gestion de l'alimentation des auxiliaires d'un véhicule.
Chaque cellule 108-116 est munie d'un moyen (non représenté) de mesure du courant consommé par ladite cellule, tel qu'un ampèremètre.
Pour chaque cellule 108-116, le moyen de mesure est agencé pour comparer la valeur mesurée du courant consommé par la cellule de conversion à une valeur prédéterminée, pour détecter si la cellule de conversion fonctionne bien, ou si la cellule de conversion est en panne.
Pour chaque cellule 108-116, lorsqu'une panne est détectée, cette information est transmise au module de communication 128 au travers d'un réseau de communication 130 au sein du dispositif 100. Cette information est communiquée au calculateur ou au boîtier de gestion de l'alimentation des auxiliaires, qui peut déconnecter un organe auxiliaire, tel que le chauffage, pour assurer l'alimentation d'un organe auxiliaire sensible, tel que la direction assistée ou le freinage.
En outre, une plage de fonctionnement prédéterminée 90V-110V est associée à la cellule de conversion 108. Lorsque cette cellule de conversion 108 détecte en entrée un signal de tension compris entre 90V et 110V, elle s'active automatiquement. Dans le cas contraire, cette cellule de conversion 108 se désactive automatiquement.
De plus, une plage de fonctionnement prédéterminée 280V-450V est associée à chacune des cellules 110-116. Ainsi, lorsque chaque cellule 110- 116 détecte en entrée un signal de tension compris entre 280V et 450V, elle s'active automatiquement. Dans le cas contraire, chacune de ces cellules 110-116 se désactive automatiquement.
Bien entendu, le dispositif selon l'invention n'est pas limité au nombre de cellules, ni aux caractéristiques électriques des cellules décrites ici.
La FIGURE 2 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un dispositif de conversion de tension selon l'invention.
Le dispositif 200 représenté sur la FIGURE 2 se présente sous la forme d'un ensemble monobloc 102 comprenant une partie supérieure ou un carter supérieur 202, une partie inférieure ou un carter inférieur 204, entre lesquels est disposé(e) un support ou une plaque 206, comportant les différentes cellules de conversion.
Le dispositif 200 comprend tous les éléments du dispositif 100 de la FIGURE 1.
Le circuit de refroidissement est agencé dans l'épaisseur de la plaque de support 206, qui est également une plaque de refroidissement, et qui comporte l'entrée 122 et la sortie 124 du circuit de refroidissement.
Tel que visible sur la FIGURE 2, l'interface d'entrée HT 104 se présente sous la forme d'un connecteur bipolaire, en particulier un connecteur bipolaire intégrant un degré de protection de type IPXXB et/ou un coupe circuit de type HVIL.
L'interface de sortie basse tension 106 comprend deux connecteurs monopolaires 106i et 1062.
La FIGURE 3 est une représentation schématique du dispositif de la FIGURE 2 sans le carter supérieur 202, et selon une vue de dessus.
Tel que visible sur la FIGURE 3, le dispositif 200 comporte quatre cellules de conversion, par exemple les quatre cellules de conversion 110- 116 du dispositif 100 de la FIGURE 1, agencées en parallèle, sur une première face du support 206.
La FIGURE 4 est une représentation schématique du dispositif de la
FIGURE 2 sans le carter inférieur 204, et selon une vue de dessous.
Tel que visible sur la FIGURE 4, le dispositif 200 comporte une cellule de conversion, par exemple la cellule de conversion 108 du dispositif 100 de la FIGURE 1, agencée, sur une deuxième face du support 206, opposée à la face sur laquelle sont disposées les cellules 110-116.
Sur la FIGURE 4 sont également visibles un bus d'alimentation électrique 402 reliant les cellules de conversion à l'interface d'entrée 104, un bus d'alimentation électrique de sortie 404 reliant les cellules de conversion à l'interface de sortie 106, en particulier aux connecteurs monopolaires 106i et 1062.
Le dispositif 200 comprend en outre un contacteur de puissance 406.
La FIGURE 5 est une représentation schématique d'un exemple non limitatif d'un véhicule électrique selon l'invention.
Le véhicule électrique 500, représenté sur la FIGURE 5, est un bus électrique comportant un ou plusieurs moteurs électriques (non représentés). Le véhicule comprend un premier ensemble de batteries, tel que l'ensemble 502, disposé du côté d'une paroi arrière du bus. Le bus 500 comprend en outre un deuxième ensemble de batteries, par exemple l'ensemble 504, disposé dans un logement aménagé dans une paroi supérieure du bus 500.
Le bus électrique 500 comprend en outre un dispositif convertisseur de tension selon l'invention, tel que le dispositif 200 des FIGURES 2-4, agencé par exemple dans un logement aménagé du côté de la paroi arrière du bus 500, sous le premier ensemble de batterie 502. Cet emplacement du dispositif 200 n'est bien entendu pas limitatif et le dispositif peut être positionné à d'autres endroits du bus.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples détaillés ci- dessus.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (100, 200) de conversion de tension pour fournir un signal électrique basse tension à partir d'un signal électrique haute tension continue supérieure ou égale à 60V, en particulier dans un véhicule électrique (500), ledit dispositif (100, 200) comprenant :
- une interface d'entrée (104) dudit signal haute tension, et
- une interface de sortie (106) dudit signal basse tension ;
caractérisé en ce que ledit dispositif (100, 200) comprend en outre au moins deux cellules (108-116) de conversion haute tension disposées en parallèle entre ladite interface d'entrée (104) et ladite interface de sortie (106) fournissant chacune ledit signal basse tension.
2. Dispositif (100, 200) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins une cellule de conversion (108) est dimensionnée pour appliquer une conversion de tension à un signal d'entrée haute tension présentant un premier niveau de tension, et au moins une cellule (110-116) est dimensionnée pour appliquer une conversion de tension à un signal d'entrée haute tension présentant un deuxième niveau de tension, différent dudit premier niveau de tension, pour fournir un signal basse tension de même tension.
3. Dispositif (100, 200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend :
- au moins une, en particulier exactement une, cellule de conversion (108) d'un signal haute tension compris entre 90V et 110V, et en particulier de 100V ; et
- au moins une cellule, en particulier quatre cellules, de conversion (110-116) d'un signal haute tension compris entre 280V et 450V, et en particulier de 400V ;
agencées parallèles entre-elles et fournissant chacune un signal basse tension de même tension.
4. Dispositif (100, 200) selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'au moins une cellule de conversion (108-116) est configurée pour s'activer et/ou se désactiver en fonction de la tension du signal haute tension appliqué à l'interface d'entrée (104) en fonction d'une plage de fonctionnement de tensions prédéterminée associée à ladite cellule.
5. Dispositif (100, 200) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une plage de fonctionnement associée à au moins une, en particulier à exactement une, cellule de conversion (108) est la plage de tensions 90V- 110V.
6. Dispositif (100, 200) selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'une plage de fonctionnement associée à au moins une cellule, en particulier à quatre cellules, de conversion (110-116) est la plage de tensions 280V-450V.
7. Dispositif (100, 200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une cellule réalisant une conversion d'un signal haute tension en un signal basse tension compris entre 22V et 26V, et en particulier de 24V.
8. Dispositif (100, 200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux cellules de conversion (108-116) dimensionnées pour fournir un signal basse tension de même tension et de puissance identique ou différente.
9. Dispositif (100, 200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un bus d'alimentation (402), dit d'entrée, pour alimenter au moins deux cellules de conversion (108-116) avec un même signal haute tension fourni à l'interface d'entrée (104).
10. Dispositif (100, 200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'interface d'entrée haute tension (104) comprend un connecteur sécurisé.
11. Dispositif (100, 200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en que l'interface d'entrée haute tension (104) et l'interface de sortie basse tension (106) sont disposées sur une même face dudit dispositif (100,200)
12. Dispositif (100, 200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de refroidissement (120-124).
13. Dispositif (100, 200) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen de refroidissement comprend un circuit (120) dans lequel circule un fluide de refroidissement, aménagé dans/sur/contre un support (206) sur lequel est disposée au moins une, en particulier chaque, cellule de conversion (108-116).
14. Dispositif (100, 200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une interface (126) de communication avec un appareil externe, en particulier pour signaler une panne d'au moins une cellule de conversion (108-116).
15. Dispositif (100, 200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen de mesure d'un courant consommé par une, en particulier chaque, cellule de conversion (108-116).
16. Dispositif (100, 200) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, pour au moins une cellule de conversion (108-116), le moyen de mesure est agencé pour comparer la valeur mesurée du courant consommé à au moins une valeur de courant prédéterminée, pour déterminer l'état de fonctionnement de ladite cellule de conversion (108-116), en particulier pour détecter une panne de ladite cellule de conversion (108-116).
17. Véhicule électrique (500) comprenant un circuit électrique haute tension et au moins un circuit électrique basse tension, ledit véhicule (500) comprenant en outre un dispositif de conversion (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, en particulier entre lesdits circuits électriques pour alimenter ledit circuit électrique basse tension à partir dudit circuit électrique haute tension.
18. Véhicule (500) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de conversion (200) selon l'une quelconque des revendications 13 ou 15 en communication avec un calculateur ou un boîtier de gestion d'alimentation des organes auxiliaires, agencé pour arrêter l'alimentation d'au moins un organe auxiliaire dudit véhicule, lorsque le dispositif de conversion (200) signale une panne d'une cellule de conversion (108-116).
19. Véhicule (500) selon l'une quelconque des revendications 17 ou 18, caractérisé en ce qu'il est un véhicule de transport en commun du type bus, car ou tram-bus.
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