EP4313660A1 - Système d'alimentation électrique comprenant un chargeur bidirectionnel et une batterie, capable d'alimenter une charge externe tout en étant connecté à un réseau d'alimentation électrique et procédé de commande d'un tel système - Google Patents

Système d'alimentation électrique comprenant un chargeur bidirectionnel et une batterie, capable d'alimenter une charge externe tout en étant connecté à un réseau d'alimentation électrique et procédé de commande d'un tel système

Info

Publication number
EP4313660A1
EP4313660A1 EP22715080.2A EP22715080A EP4313660A1 EP 4313660 A1 EP4313660 A1 EP 4313660A1 EP 22715080 A EP22715080 A EP 22715080A EP 4313660 A1 EP4313660 A1 EP 4313660A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power supply
switching device
fast switching
supply network
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22715080.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thomas Dreumont
Elise JEAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ampere SAS
Original Assignee
Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP4313660A1 publication Critical patent/EP4313660A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • 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
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/006—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to power outlets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • 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
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Definitions

  • TITLE Power supply system comprising a bidirectional charger and a battery, capable of supplying an external load while being connected to a power supply network and method of controlling such a system
  • the technical field of the invention is electrical power systems, and more particularly such systems fitted with batteries.
  • a combustion engine vehicle can possibly be used as a generator if it is coupled to a generator.
  • Another solution, usable for rechargeable electric or hybrid vehicles, more advantageous in terms of compactness and connection power, consists in using the charger of the traction battery of the vehicle in bidirectional mode.
  • the power available for the equipment can be of the same order of magnitude as the power of the battery charger, i.e. generally 3.7 or 7 kW, or even 11 kW.
  • the bidirectional charger when the bidirectional charger generates the voltage intended for the external load, voltage control is carried out.
  • the instruction is to supply and maintain the voltage of 230V within the expected limits.
  • current control is performed when the bidirectional charger is connected to a charging terminal supplying a current greater than that required by the external load. In fact, the instruction is then to regulate the current as required by the load.
  • the bidirectional charger when connected to a charging terminal supplying a current lower than that required by the external load, current control is also carried out, but with the charger operating as an inverter. Indeed, the charger supplements the charging station by drawing continuous energy from the battery. The frequency is always dictated by the power supply network through the charging station.
  • Another technical problem is to have switching means making it possible to ensure a passage from one charger control mode to another mode which is transparent for the external load.
  • thermal vehicles offer low-power electrical outlets with an inverter connected to the low-voltage network.
  • Some electric or hybrid vehicles offer powers of the order of 1 to 2 kW, with an inverter connected to the traction battery network.
  • the present invention thus consists in allowing a management simultaneous operation of the two functions of supplying the external load connected by the user, in inverter mode, on the one hand, and of charging the battery of the electric vehicle, on the other hand, and of allowing switching between voltage and current control according to the powers involved at the level of the load and the charging station.
  • the subject of the invention is a power supply system comprising a bidirectional charger connected to a battery, a fast switching device and a power supply socket configured to make it possible to supply a load, the fast switching device being configured to be able to be connected to a power supply network, the system comprises a first current sensor between the bidirectional charger and the fast switching device, a second current sensor between the power supply socket and the bidirectional charger, a output voltage of the fast switching device and a sensor of the state of charge of the battery, and a control means connected to the sensors, to the bidirectional charger and to the fast switching device, configured to control the bidirectional charger and the fast switching based at least on sensor measurements and battery state of charge .
  • the fast switching device can be an electronic switch of the Triac type.
  • the fast switching device can be connected to the electrical power supply network via a charging socket, the charging socket being configured to be connected to a charging terminal, and to exchange data with the control means .
  • Another object of the invention is a motor vehicle provided with an electrical power supply system as defined above.
  • Another subject of the invention is a method for controlling an electrical power supply system as defined above, in which the following steps are carried out:
  • the bidirectional charger is controlled so that the electrical signals on either side of the fast switching device are synchronized
  • a current setpoint is determined according to the powers consumed or supplied by the battery, the electrical supply network and the load,
  • the fast switching device is controlled to pass from an off state to an on state
  • the bidirectional charger is controlled to switch from operation as a voltage-controlled inverter to operation as a current-controlled inverter or as a current-controlled rectifier by applying the current setpoint,
  • a current setpoint is determined according to the powers consumed or supplied by the battery, the electrical supply network and the load,
  • the fast switching device is controlled from an on state to an off state.
  • FIG 1 illustrates the main elements of a power supply system according to the invention.
  • FIG. 1 illustrates the main steps of a method for controlling the power supply system according to the invention
  • the figure [Fig 1] illustrates the structure of the power supply system.
  • the power supply system 1 comprises a battery 2, connected to a bidirectional charger 3, the bidirectional charger 3 being connected to the power supply network through a fast switching device 5.
  • a charging socket 4 makes it possible to connect the fast switching device 5 to the power supply network via an external charging terminal.
  • a power supply socket 6 is also connected to the bidirectional charger 3 so as to be able to supply a load.
  • the electrical power supply system 1 also comprises a control means 7 making it possible to execute the steps of a control method according to measurements of sensors 8a, 8b, 8c, 8d.
  • the sensors 8a, 8b, 8c, 8d include a first current sensor 8a between the bidirectional charger 3 and the fast switching device 5, a second current sensor 8b between the power supply socket 6 and the bidirectional charger 3, a voltage sensor 8c at the output of the fast switching device 5, between the fast switching device and the power supply network, and a sensor 8d of the state of charge of the battery.
  • the control means 7 comprises at least one memory and at least one processor, capable of executing software instructions forming a control method.
  • the control means 7 is connected to the sensors 8a, 8b, 8c, to the bidirectional charger 3 and to the fast switching device 5.
  • the fast switching device is preferably an electronic switch of the Triac type in order to avoid the rebound phenomena of the relay type mechanical switches.
  • control means 7 is also connected to the charging terminal through the charging socket 4 so as to determine the power available and to control the switching of the terminal.
  • the control means determines a current setpoint to be produced as a function of the power available from the power supply network, the power available in the battery and the power consumption at the power supply outlet.
  • the current setpoint is then limited by the maximum power available for the system supply.
  • the charging socket is provided with a data connection making it possible to determine the maximum current authorized by the charging terminal when the power supply system is connected to such a terminal and to control the provision power.
  • this value is known implicitly when the power supply system is connected to the power supply network via a standard power supply socket.
  • Table 1 illustrates different examples of current setpoints for a power supply system connected to a charging station.
  • the current available at the terminal is much higher than the current consumed by the load.
  • the battery is capable of accepting high energy.
  • the current setpoint corresponds to the difference between the maximum current of the terminal and the current consumed.
  • the current available at the terminal is much lower than the current consumed by the load.
  • the battery is capable of accepting high energy.
  • the current setpoint corresponds to the difference between the maximum current of the terminal and the current consumed. This is a negative setpoint which implies that the battery must be discharged to complete the power supplied by the charging station in order to maintain the power supply to the load.
  • the current available at the terminal is much greater than the current consumed by the load.
  • the battery here is only capable of accepting limited energy.
  • the current setpoint is then less than the difference between the maximum current of the terminal and the current consumed so as not to saturate the battery.
  • the power system is not connected to a charging station.
  • the current available at the terminal is then zero.
  • the battery is capable of accepting high energy.
  • the current setpoint corresponds to the difference between the maximum current of the terminal and the current consumed. This is a negative setpoint equal to the consumption of the load which implies that the battery must be discharged to supply all the power consumed by the load.
  • the control means then controls the charger mode or the inverter mode of the bidirectional charger, according to voltage or current control as a function of the determined current setpoint.
  • the current setpoint corresponds to the difference between the maximum current of the terminal and the current consumed.
  • the control method is illustrated by the figure [Fig 2] and comprises the following steps.
  • the current flowing between the bidirectional charger and the power supply socket is measured using the second current sensor 8b.
  • a load is connected to the power supply socket according to the measurement of the current flowing between the bidirectional charger and the power supply socket.
  • the method continues with a third step 13, during which it is determined whether the electrical power supply system 1 is connected to the electrical power supply network.
  • this information can be determined thanks to a data connection of a charging socket 4 when the electrical power supply system is connected to the electrical power supply system through such a socket.
  • a measurement of the voltage upstream of the fast switching device makes it possible to determine the connection to a power supply network. If the power supply system 1 is not connected to the power supply network, the method continues with a fourth step 14 during which a change in the state of the connection to the power supply network is determined. .
  • the bidirectional charger operates in voltage-controlled inverter mode when the power supply system is not connected to a power supply network and is supplying an external load. Indeed, energy is taken from the battery in the form of direct voltage and is supplied to the external load in the form of alternating voltage. However, when connecting to the power supply network, the bidirectional charger must be driven by current because the voltage is fixed by the power supply network through the charging station. In addition, depending on the energy supplied by the charging station, the bidirectional charger operates in inverter mode if it has to supplement insufficient power from the charging station to supply the external load. The bidirectional charger operates in rectifier mode if the power from the terminal is sufficient to supply the external load, the rest of the power supplied by the terminal is used to charge battery 2.
  • the electrical signals upstream and downstream of the charging socket must be synchronized and the switching fast enough not to be compatible with the change of control of the bidirectional charger and not to be perceived by the load.
  • the voltage variation between the fast switching device and the power supply network is measured using the voltage sensor 8c at the output of the fast switching device and the current variation upstream of the socket power supply 6 thanks to the second current sensor 8b at the input of the power supply socket 6
  • the bidirectional charger is then controlled so that the peak values and the frequency of the electrical signals, voltage or current, circulating between the bidirectional charger and the electrical power supply socket 6 and of the energy circulating between the fast switching device and the power supply network correspond so as to present a zero phase shift.
  • the fast switching device 5 is controlled so as to pass from an off state to an on state
  • the bidirectional charger 3 is controlled so as to switch from operation as a voltage-controlled inverter to operation as a current-controlled inverter or as a current-controlled rectifier according to the difference between the power supplied by the charging terminal and the power requested by the external load.
  • the method then resumes at the first step 11.
  • the fast switching device 5 allows fast switching adapted to switching when the electrical signals are synchronized and adapted to the change of current/voltage control mode. In the case of a connection to a charging terminal, it also allows faster switching than the switching carried out by the charging terminal. Indeed, this makes it possible to obtain a rapid disconnection in a hundred milliseconds for security reasons (standard IEC 61851-1), but only guarantees a connection in a few seconds. Indeed, no standard applies to this phase of operation, and the use of slower relays makes it possible to reduce the cost of the terminal without fundamentally modifying the charging time which lasts in all cases several tens of minutes.
  • the method continues with a seventh step 17.
  • a change in the state of connection to the power supply network is determined.
  • the disconnection of the power supply system from the power supply network is monitored while an external load is supplied by the power supply system.
  • this information can be determined thanks to a data connection of a charging socket 4 when the power supply system is connected to the power supply system through such a socket.
  • a measurement of the voltage upstream of the fast switching device makes it possible to determine the connection to a power supply network.
  • the method continues with an eighth step 18, during which controls the charger in a voltage-controlled inverter mode and the rapid switching device is controlled from an on state to an off state. The method then resumes at the first step 11.
  • the electrical power supply system 1 is integrated into a motor vehicle with electric or hybrid traction, the battery of the power supply system then being constituted by the traction battery of the vehicle and the bidirectional charger being constituted by the on-board charger.
  • the power supply system 1 can be integrated into a portable generator.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Système d'alimentation électrique comprenant un chargeur bidirectionnel (3) connecté à une batterie (2), une prise d'alimentation électrique (6) configurée pour permettre d'alimenter une charge et un dispositif de commutation rapide (5), configuré pour pouvoir être connecté à un réseau d'alimentation électrique, le système comprend un premier capteur de courant (8a) entre le chargeur bidirectionnel (3) et le dispositif de commutation rapide (5), un deuxième capteur de courant (8b) entre la prise d'alimentation électrique (6) et le chargeur bidirectionnel (3), un capteur de tension (8c) en sortie du dispositif de commutation rapide (5) et un capteur (8d) de l'état de charge de la batterie, et un moyen de commande (7) connecté aux capteurs (8a, 8b, 8c, 8d), au chargeur bidirectionnel (3) et au dispositif de commutation rapide (5), configuré pour commander le chargeur bidirectionnel et le dispositif de commutation rapide en fonction des mesures des capteurs et de l'état de charge de la batterie.

Description

TITRE : Système d’alimentation électrique comprenant un chargeur bidirectionnel et une batterie, capable d’alimenter une charge externe tout en étant connecté à un réseau d’alimentation électrique et procédé de commande d’un tel système
Domaine technique
L’invention a pour domaine technique les systèmes d’alimentation électrique, et plus particulièrement de tels systèmes munis de batteries.
Certains usagers sont demandeurs de prises électriques de type domestique (230V) dans leur véhicule, pour pouvoir y brancher des équipements. Ce besoin est avéré en particulier pour des artisans, usagers de véhicules utilitaires, notamment pour le branchement d’un ordinateur, d’un chauffage électrique ou d’un groupe froid, d’un outillage spécifique, pour la recharge d’autres véhicules ...
Plusieurs solutions techniques permettent de proposer cette prestation aux usagers :
- Pour raccorder un équipement de faible puissance (inférieure à 300W), il est possible, sur tout type de véhicule, de rajouter un onduleur branché sur le réseau 12V du véhicule.
- Pour raccorder des équipements de puissances plus élevées, un véhicule à moteur thermique peut éventuellement être utilisé comme groupe électrogène s’il est couplé à une génératrice.
- Pour raccorder des équipements de puissances jusqu’à 1000 ou 2000W sur un véhicule électrique ou hybride, il est possible de rajouter un onduleur raccordé à la batterie de traction du véhicule.
Une autre solution, utilisable pour des véhicules électriques ou hybrides rechargeables, plus avantageuse en termes de compacité et en puissance de raccordement, consiste à utiliser le chargeur de la batterie de traction du véhicule en mode bidirectionnel. Dans ce cas, la puissance disponible pour les équipements peut être du même ordre de grandeur que la puissance du chargeur de la batterie, c’est-à-dire généralement 3,7 ou 7 kW, voire 1 1 kW.
Par ailleurs, lorsque le chargeur bidirectionnel génère la tension à destination de la charge externe, un pilotage en tension est réalisé. La consigne est de fournir et de maintenir la tension de 230V dans les limites attendues. Néanmoins, lorsque le chargeur bidirectionnel est connecté à une borne de charge fournissant un courant supérieur à celui requis par la charge externe, un pilotage en courant est réalisé. En effet, la consigne est alors de réguler le courant au besoin de la charge.
Enfin, lorsque le chargeur bidirectionnel est connecté à une borne de charge fournissant un courant inférieur à celui requis par la charge externe, un pilotage en courant est également réalisé, mais avec le chargeur fonctionnant en onduleur. En effet, le chargeur supplémente la borne de charge en puisant de l’énergie continue dans la batterie. La fréquence est toujours dictée par le réseau d’alimentation électrique à travers la borne de recharge.
Dans cette utilisation, un problème technique susceptible de se poser consiste à alimenter la charge externe branchée par l’usager (mode onduleur), tout en chargeant si possible la batterie de son véhicule électrique (mode chargeur). Les deux modes d’utilisation du convertisseur de puissance (onduleur et chargeur) sont a priori antagonistes.
Un autre problème technique est de disposer de moyens de commutation permettant d’assurer un passage d’un mode de pilotage du chargeur à un autre mode qui soit transparent pour la charge externe.
Techniques antérieures
De nombreux véhicules thermiques proposent des prises électriques de faible puissance avec un onduleur branché sur réseau basse tension.
Certains véhicules électriques ou hybrides proposent des puissances de l’ordre de 1 à 2 kW, avec un onduleur branché sur le réseau de la batterie de traction.
Dans ces deux cas, l’aj out d’un onduleur n’est pas une solution optimale du point de vue de la compacité, et la puissance de ces solutions reste limitée. Un chargeur doit être prévu pour charger la batterie de traction et un onduleur doit également être prévu pour alimenter la ou les prises domestiques.
Seuls certains véhicules de constructeurs utilisent des chargeurs bidirectionnels.
Il a en particulier été proposé d’équiper les véhicules d’une prise intérieure capable de délivrer une puissance jusqu’à 2,2 kW. Cependant, cette prise n’est pas fonctionnelle lorsque le véhicule est raccordé au réseau électrique. La présente invention consiste ainsi à permettre une gestion simultanée des deux fonctions d’alimentation de la charge externe branchée par l’usager, en mode onduleur, d’une part, et de charge de la batterie du véhicule électrique, d’autre part, et de permettre la commutation entre des modes de pilotage en tension et en courant selon les puissances mises en jeu au niveau de la charge et de la borne de recharge.
Exposé de l’invention
L’invention a pour objet un système d’alimentation électrique comprenant un chargeur bidirectionnel connecté à une batterie, un dispositif de commutation rapide et une prise d’alimentation électrique configurée pour permettre d’alimenter une charge, le dispositif de commutation rapide étant configuré pour pouvoir être connecté à un réseau d’alimentation électrique, le système comprend un premier capteur de courant entre le chargeur bidirectionnel et le dispositif de commutation rapide, un deuxième capteur de courant entre la prise d’alimentation électrique et le chargeur bidirectionnel, un capteur de tension en sortie du dispositif de commutation rapide et un capteur de l’état de charge de la batterie, et un moyen de commande connecté aux capteurs, au chargeur bidirectionnel et au dispositif de commutation rapide, configuré pour commander le chargeur bidirectionnel et le dispositif de commutation rapide en fonction au moins des mesures des capteurs et de l’état de charge de la batterie.
Le dispositif de commutation rapide peut être un interrupteur électronique de type Triac.
Le dispositif de commutation rapide peut être connecté au réseau d’alimentation électrique par l’intermédiaire d’une prise de recharge, la prise de recharge étant configurée pour être connectée à une borne de recharge, et pour échanger des données avec le moyen de commande.
Un autre obj et de l’invention est un véhicule automobile muni d’un système d’alimentation électrique tel que défini ci-dessus.
L’invention a encore pour objet un procédé de commande d’un système d’alimentation électrique tel que défini ci-dessus, dans lequel on réalise les étapes suivantes :
• on détermine si un courant circule à travers la prise d’alimentation électrique,
• si tel est le cas, on détermine si le système d’alimentation électrique est connecté à un réseau d’alimentation électrique, puis on détermine si un changement de l’état de connexion à un réseau d’alimentation électrique a lieu,
• lorsque le système d’alimentation électrique n’est pas connecté à un réseau d’alimentation électrique et que l’état de connexion au réseau d’alimentation électrique change,
- on mesure la variation de tension entre le dispositif de commutation rapide et le réseau d’alimentation électrique et la variation de courant entre le chargeur bidirectionnel et la prise d’alimentation électrique,
- on commande le chargeur bidirectionnel de sorte que les signaux électriques de part et d’autre du dispositif de commutation rapide soient synchronisés,
- si tel est le cas, on détermine une consigne de courant en fonction des puissances consommées ou fournies par la batterie, le réseau d’alimentation électrique et la charge,
- on commande le dispositif de commutation rapide pour passer d’un état non passant à un état passant, et
- on commande le chargeur bidirectionnel pour passer d’un fonctionnement en onduleur piloté en tension à un fonctionnement en onduleur piloté en courant ou en redresseur piloté en courant en appliquant la consigne de courant,
• lorsque le système d’alimentation électrique est connecté à un réseau d’alimentation électrique et que l’état de connexion au réseau d’alimentation électrique change,
- on détermine une consigne de courant en fonction des puissances consommées ou fournies par la batterie, le réseau d’alimentation électrique et la charge,
- on commande la commutation vers un mode onduleur piloté en tension en appliquant la consigne de courant, et
- on commande le dispositif de commutation rapide d’un état passant à un état non-passant.
On peut déterminer si le système d’alimentation électrique est connecté à un réseau d’alimentation électrique par l’intermédiaire d’informations échangées avec la borne de charge à travers une connexion de données de la prise de recharge, par l’intermédiaire d’une mesure de la tension en amont du dispositif de commutation rapide, ou de façon lorsque le système d’alimentation électrique est connecté à une prise électrique normée.
Brève description des dessins
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- [Fig 1] illustre les principaux éléments d’un système d’alimentation électrique selon l’invention, et
- [Fig 2] illustre les principales étapes d’un procédé de commande du système d’alimentation électrique selon l’invention
Description détaillée
La figure [Fig 1] illustre la structure du système d’alimentation électrique. Le système d’alimentation électrique 1 comprend une batterie 2, connectée à un chargeur bidirectionnel 3, le chargeur bidirectionnel 3 étant connecté au réseau d’alimentation électrique l’intermédiaire d’un dispositif de commutation rapide 5. Dans un mode de réalisation, une prise de recharge 4 permet de connecter le dispositif de commutation rapide 5 au réseau d’alimentation électrique par l’intermédiaire d’une borne de recharge externe. Une prise d’alimentation électrique 6 est également connectée au chargeur bidirectionnel 3 de sorte à pouvoir alimenter une charge.
Le système d’alimentation électrique 1 comprend par ailleurs un moyen de commande 7 permettant d’exécuter les étapes d’un procédé de commande en fonction de mesures de capteurs 8a, 8b, 8c, 8d.
Les capteurs 8a, 8b, 8c, 8d comprennent un premier capteur de courant 8a entre le chargeur bidirectionnel 3 et le dispositif de commutation rapide 5, un deuxième capteur de courant 8b entre la prise d’alimentation électrique 6 et le chargeur bidirectionnel 3, un capteur de tension 8c en sortie du dispositif de commutation rapide 5, entre le dispositif de commutation rapide et le réseau d’alimentation électrique, et un capteur 8d de l’état de charge de la batterie. Le moyen de commande 7 comprend au moins une mémoire et au moins un processeur, apte à exécuter des instructions logicielles formant un procédé de commande. Le moyen de commande 7 est connecté aux capteurs 8a, 8b, 8c, au chargeur bidirectionnel 3 et au dispositif de commutation rapide 5. Le dispositif de commutation rapide est de préférence un interrupteur électronique de type Triac afin d’éviter les phénomènes de rebond des interrupteurs mécaniques de type relais.
Dans un mode de réalisation particulier, le moyen de commande 7 est également connecté à la borne de charge à travers la prise de recharge 4 de sorte à déterminer la puissance disponible et à commander la commutation de la borne.
Lorsque le système d’alimentation électrique est connecté par la prise de recharge, le moyen de commande détermine une consigne de courant à produire en fonction de la puissance disponible en provenance du réseau d’alimentation électrique, de la puissance disponible dans la batterie et de la consommation de puissance au niveau de la prise d’alimentation électrique. La consigne de courant est alors limitée par la puissance maximale disponible pour l’alimentation du système.
Dans un mode de réalisation, la prise de recharge est munie d’une connexion de données permettant de déterminer le courant maximal autorisé par la borne de charge lorsque le système d’alimentation électrique est connecté à une telle borne et de commander la mise à disposition de la puissance.
Alternativement, cette valeur est connue implicitement lorsque le système d’alimentation électrique est connecté au réseau d’alimentation électrique par l’intermédiaire d’une prise d’alimentation électrique répondant à une norme.
Le tableau 1 illustre différents exemples de consignes de courant pour un système d’alimentation électrique connecté à une borne de charge.
[Tableau 1]
Dans le premier exemple du tableau [Tableau 1], le courant disponible au niveau de la borne est bien supérieur au courant consommé par la charge. La batterie est capable d’accepter une énergie élevée. La consigne de courant correspond à la différence entre le courant maximal de la borne et le courant consommé.
Dans le deuxième exemple, le courant disponible au niveau de la borne est bien inférieur au courant consommé par la charge. La batterie est capable d’accepter une énergie élevée. La consigne de courant correspond à la différence entre le courant maximal de la borne et le courant consommé. Il s’agit ici d’une consigne négative qui implique que la batterie doit être déchargée pour compléter la puissance fournie par la borne afin de maintenir l’alimentation de la charge.
Dans le troisième exemple, comme dans le premier exemple, le courant disponible au niveau de la borne est bien supérieur au courant consommé par la charge. Néanmoins, la batterie n’est ici capable que d’accepter une énergie limitée. La consigne de courant est alors inférieure à la différence entre le courant maximal de la borne et le courant consommé de sorte à ne pas saturer la batterie.
Dans le quatrième exemple, le système d’alimentation n’est pas connecté à une borne de recharge. Le courant disponible au niveau de la borne est alors nul. La batterie est capable d’accepter une énergie élevée. La consigne de courant correspond à la différence entre le courant maximal de la borne et le courant consommé. Il s’agit ici d’une consigne négative égale à la consommation de la charge qui implique que la batterie doit être déchargée pour fournir toute la puissance consommée par la charge.
Le moyen de commande pilote ensuite le mode chargeur ou le mode onduleur du chargeur bidirectionnel, selon un pilotage en tension ou en courant en fonction de la consigne de courant déterminée. On rappelle que la consigne de courant correspond à la différence entre le courant maximal de la borne et le courant consommé.
Le procédé de commande est illustré par la figure [Fig 2] et comprend les étapes suivantes.
Au cours d’une première étape 1 1, on mesure le courant circulant entre le chargeur bidirectionnel et la prise d’alimentation électrique grâce au deuxième capteur de courant 8b.
Au cours d’une deuxième étape 12, on détermine si une charge est connectée à la prise d’alimentation électrique en fonction de la mesure du courant circulant entre le chargeur bidirectionnel et la prise d’alimentation électrique.
Si tel n’est le cas, le procédé reprend à la première étape 11.
Si tel est le cas, le procédé se poursuit par une troisième étape 13, au cours de laquelle on détermine si le système d’alimentation électrique 1 est connecté au réseau d’alimentation électrique. Selon les modes de réalisation, on peut déterminer cette information grâce à une connexion de données d’une prise de recharge 4 lorsque le système d’alimentation électrique est connecté au système d’alimentation électrique à travers un telle prise. Dans un autre mode de réalisation, une mesure de la tension en amont du dispositif de commutation rapide permet de déterminer la connexion à un réseau d’alimentation électrique. Si le système d’alimentation électrique 1 n’est pas connecté au réseau d’alimentation électrique, le procédé se poursuit par une quatrième étape 14 au cours de laquelle on détermine un changement de l’état de la connexion au réseau d’alimentation électrique.
Le chargeur bidirectionnel fonctionne en mode onduleur piloté en tension lorsque le système d’alimentation électrique n’est pas connecté à un réseau d’alimentation électrique et alimente une charge externe. En effet, de l’énergie est prélevée dans la batterie sous forme de tension continue et est fournie à la charge externe sous forme de tension alternative. Néanmoins, lors de la connexion au réseau d’alimentation électrique, le chargeur bidirectionnel doit être piloté en courant car la tension est fixée par le réseau d’alimentation électrique au travers de la borne de recharge. De plus, en fonction de l’énergie fournie par la borne, le chargeur bidirectionnel fonctionne en mode onduleur s’il doit suppléer une puissance insuffisante de la borne pour alimenter la charge externe. Le chargeur bidirectionnel fonctionne en mode redresseur si la puissance de la borne est suffisante pour alimenter la charge externe, le reste de la puissance fournie par la borne est utilisée pour charger la batterie 2.
Lors de la commutation d’un mode de fonctionnement ou de pilotage à l’autre, les signaux électriques en amont et en aval de la prise de recharge doivent être synchronisés et la commutation suffisamment rapide pour ne pas être compatible avec le changement de commande du chargeur bidirectionnel et pour ne pas être perçue par la charge.
Lorsque l’état de connexion au réseau d’alimentation électrique change, le procédé se poursuit par une cinquième étape 15.
Au cours de la cinquième étape 15, on mesure la variation de tension entre le dispositif de commutation rapide et le réseau d’alimentation électrique grâce au capteur de tension 8c en sortie du dispositif de commutation rapide et la variation de courant en amont de la prise d’alimentation électrique 6 grâce au deuxième capteur de courant 8b à l’entrée de la prise d’alimentation électrique 6
On commande alors le chargeur bidirectionnel de sorte que les valeurs de crête et la fréquence des signaux électriques, tension ou courant, circulant entre le chargeur bidirectionnel et la prise d’alimentation électrique 6 et de l’énergie circulant entre le dispositif de commutation rapide et le réseau d’alimentation électrique correspondent de sorte à présenter un déphasage nul. Lorsque les signaux électriques de part et d’autre du dispositif de commutation rapide sont synchronisés, au cours d’une sixième étape 16, on commande le dispositif de commutation rapide 5 de sorte à passer d’un état non passant à un état passant, et on commande le chargeur bidirectionnel 3 de sorte à passer d’un fonctionnement en onduleur piloté en tension à un fonctionnement en onduleur piloté en courant ou en redresseur piloté en courant selon la différence entre la puissance fournie par la borne de recharge et la puissance demandée par la charge externe. Le procédé reprend alors à la première étape 11. Le dispositif de commutation rapide 5 permet une commutation rapide adaptée à la commutation lorsque les signaux électriques sont synchronisés et adaptée au changement de mode de pilotage courant/tension. Dans le cas d’une connexion à une borne de charge, il permet également une commutation plus rapide que la commutation réalisée par la borne de charge. En effet, celle-ci permet d’obtenir une déconnexion rapide en une centaine de milliseconde pour des raisons sécuritaires (norme IEC 61851-1), mais ne permet de garantir qu’une connexion en quelques secondes. En effet, aucune norme ne s’applique à cette phase de fonctionnement, et l’utilisation de relais plus lents permet de réduire le coût de la borne sans modifier fondamentalement le temps de charge qui dure dans tous les cas plusieurs dizaines de minutes.
Si, au cours de la troisième étape 13, on a déterminé que le système d’alimentation électrique 1 est connecté à une borne de recharge, le procédé se poursuit par une septième étape 17.
Au cours de la septième étape 17, on détermine un changement de l’état de connexion au réseau d’alimentation électrique. En d’autres termes, on surveille la déconnexion du système d’alimentation électrique du réseau d’alimentation électrique alors qu’une charge externe est alimentée par le système d’alimentation électrique. Comme indiqué ci-dessus, selon divers modes de réalisation, on peut déterminer cette information grâce à une connexion de données d’une prise de recharge 4 lorsque le système d’alimentation électrique est connecté au système d’alimentation électrique à travers un telle prise. Dans un autre mode de réalisation, une mesure de la tension en amont du dispositif de commutation rapide permet de déterminer la connexion à un réseau d’alimentation électrique.
Lorsque l’état de connexion au réseau d’alimentation électrique change, le procédé se poursuit par une huitième étape 18, au cours de laquelle on commande le chargeur dans un mode onduleur piloté en tension et on commande le dispositif de commutation rapide d’un état passant à un état non-passant. Le procédé reprend alors à la première étape 11.
Dans un mode de mise en œuvre, le système d’alimentation électrique 1 est intégré dans un véhicule automobile à traction électrique ou hybride, la batterie du système d’alimentation étant alors constituée par la batterie de traction du véhicule et le chargeur bidirectionnel étant constitué par le chargeur embarqué.
En variante, dans un autre mode de mise en œuvre, le système d’alimentation électrique 1 peut être intégré dans un groupe électrogène portatif.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d’alimentation électrique comprenant un chargeur bidirectionnel (3) connecté à une batterie (2), un dispositif de commutation rapide (5) et une prise d’alimentation électrique (6) configurée pour permettre d’alimenter une charge, le dispositif de commutation rapide (5) étant configuré pour pouvoir être connecté à un réseau d’alimentation électrique, le système comprend un premier capteur de courant (8a) entre le chargeur bidirectionnel (3) et le dispositif de commutation rapide (5), un deuxième capteur de courant (8b) entre la prise d’alimentation électrique (6) et le chargeur bidirectionnel (3), un capteur de tension (8c) en sortie du dispositif de commutation rapide (5) et un capteur (8d) de l’état de charge de la batterie, et un moyen de commande (7) connecté aux capteurs (8a, 8b, 8c, 8d), au chargeur bidirectionnel (3) et au dispositif de commutation rapide (5), configuré pour commander le chargeur bidirectionnel et le dispositif de commutation rapide en fonction des mesures des capteurs et de l’état de charge de la batterie.
2. Système d’alimentation électrique selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de commutation rapide (5) est un interrupteur électronique de type Triac.
3. Système d’alimentation électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de commutation rapide (5) est connecté au réseau d’alimentation électrique par l’intermédiaire d’une prise de recharge (4), la prise de recharge (4) étant configurée pour être connectée à une borne de recharge, et pour échanger des données avec le moyen de commande
(7)·
4. Véhicule automobile muni d’un système d’alimentation électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
5. Procédé de commande d’un système d’alimentation électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel on réalise les étapes suivantes :
• on détermine si un courant circule à travers la prise d’alimentation électrique (6),
• si tel est le cas, on détermine si le système d’alimentation électrique est connecté à un réseau d’alimentation électrique, puis on détermine si un changement de l’état de connexion à un réseau d’alimentation électrique a lieu,
• lorsque le système d’alimentation électrique n’est pas connecté à un réseau d’alimentation électrique et que l’état de connexion au réseau d’alimentation électrique change,
- on mesure alors la variation de tension entre le dispositif de commutation rapide (5) et le réseau d’alimentation électrique et la variation de courant entre le chargeur bidirectionnel (3) et la prise d’alimentation électrique (6),
- on commande alors le chargeur bidirectionnel de sorte que les signaux électriques de part et d’autre du dispositif de commutation rapide (5) soient synchronisés,
- lorsque tel est le cas, on détermine une consigne de courant en fonction des puissances consommées ou fournies par la batterie, le réseau d’alimentation électrique et la charge,
- on commande le dispositif de commutation rapide 5 de sorte à passer d’un état non passant à un état passant, et
- on commande le chargeur bidirectionnel de sorte à passer d’un fonctionnement en onduleur piloté en tension à un fonctionnement en onduleur piloté en courant ou en redresseur piloté en courant en appliquant la consigne de courant,
• lorsque le système d’alimentation électrique est connecté à un réseau d’alimentation électrique et que l’état de connexion au réseau d’alimentation électrique change,
- on détermine alors une consigne de courant en fonction des puissances consommées ou fournies par la batterie, le réseau d’alimentation électrique et la charge,
- on commande la commutation vers un mode onduleur piloté en tension en appliquant la consigne de courant, et
- on commande le dispositif de commutation rapide d’un état passant à un état non-passant.
6. Procédé de commande selon la revendication 5, dans lequel on détermine si le système d’alimentation électrique est connecté à un réseau d’alimentation électrique par l’intermédiaire d’informations échangées avec la borne de charge à travers une connexion de données de la prise de recharge (4), par rintermédiaire d’une mesure de la tension en amont du dispositif de commutation rapide, ou de façon implicite lorsque le système d’alimentation électrique est connecté à une prise électrique normée.
EP22715080.2A 2021-03-25 2022-03-16 Système d'alimentation électrique comprenant un chargeur bidirectionnel et une batterie, capable d'alimenter une charge externe tout en étant connecté à un réseau d'alimentation électrique et procédé de commande d'un tel système Pending EP4313660A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2103051A FR3121080B1 (fr) 2021-03-25 2021-03-25 Système d’alimentation électrique comprenant un chargeur bidirectionnel et une batterie, capable d’alimenter une charge externe tout en étant connecté à un réseau d’alimentation électrique et procédé de commande d’un tel système
PCT/EP2022/056810 WO2022200144A1 (fr) 2021-03-25 2022-03-16 Système d'alimentation électrique comprenant un chargeur bidirectionnel et une batterie, capable d'alimenter une charge externe tout en étant connecté à un réseau d'alimentation électrique et procédé de commande d'un tel système

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4313660A1 true EP4313660A1 (fr) 2024-02-07

Family

ID=76283894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22715080.2A Pending EP4313660A1 (fr) 2021-03-25 2022-03-16 Système d'alimentation électrique comprenant un chargeur bidirectionnel et une batterie, capable d'alimenter une charge externe tout en étant connecté à un réseau d'alimentation électrique et procédé de commande d'un tel système

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4313660A1 (fr)
CN (1) CN117062730A (fr)
FR (1) FR3121080B1 (fr)
WO (1) WO2022200144A1 (fr)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010259274A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Toyota Motor Corp 蓄電装置充電パック
CN104203639B (zh) * 2012-03-07 2016-10-26 丰田自动车株式会社 电动车辆及其控制方法
CN114206660A (zh) * 2019-07-11 2022-03-18 沃尔沃卡车集团 用于电力传输系统的控制单元

Also Published As

Publication number Publication date
FR3121080A1 (fr) 2022-09-30
CN117062730A (zh) 2023-11-14
WO2022200144A1 (fr) 2022-09-29
FR3121080B1 (fr) 2023-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2510338C2 (ru) Устройство управления прогревом для транспортного средства
EP2695279B1 (fr) Dispositif de transfert de charge et procédé de gestion associé
CA2844356C (fr) Installation et procede de charge pour batterie electrique
FR2965986A1 (fr) Systeme d'echange d'energie
EP3227137B1 (fr) Dispositif d'alimentation et convertisseur de tension continue ameliore
EP1410481A1 (fr) Systeme de gestion de l'energie electrique d'un vehicule hybride
EP3944982A1 (fr) Système de recharge multipoint partagé de véhicules électriques
EP4313660A1 (fr) Système d'alimentation électrique comprenant un chargeur bidirectionnel et une batterie, capable d'alimenter une charge externe tout en étant connecté à un réseau d'alimentation électrique et procédé de commande d'un tel système
FR2995839A1 (fr) Systeme de gestion d'un prolongateur d'autonomie d'un vehicule a propulsion electrique
FR2965128A1 (fr) Procede et dispositif de gestion d'un generateur d'un systeme de recuperation d'energie d'un vehicule automobile
EP2612418A1 (fr) Procede de charge d'une batterie electrique
EP4237273A1 (fr) Système d'alimentation électrique
FR2757806A1 (fr) Dispositif d'alimentation electrique d'un moteur electrique de vehicule
FR2909325A1 (fr) Dispositif d'alimentation pour une machine electrique de vehicule electrique a deux sources d'energie complementaires l'une de l'autre
WO2022053578A1 (fr) Procédé de commande d'un bloc pile à combustible et dispositifs associés
EP4072893B1 (fr) Procede de controle dynamique du courant de charge d'un stockeur d'energie electrique de vehicules automobiles
EP3313687B1 (fr) Procédé de gestion de la température d'une batterie d'un véhicule hybride
WO2022200497A1 (fr) Dispositif autonome d'alimentation électrique, notamment pour charger une batterie
FR2970823A1 (fr) Dispositif de controle du rechargement en parallele de deux batteries electriques d'un systeme, et chargeur associe
FR3002897A1 (fr) Dispositif d'alimentation commute pour le reseau de bord d'un vehicule automobile
TWI531135B (zh) 充放電系統及其方法
CA3183945A1 (fr) Procede de pilotage de charge et de decharge d'une pluralite de dispositifs de stockage d'energie electrique
FR3138363A1 (fr) Système de recharge électrique d’un véhicule à batterie
WO2020157394A1 (fr) Procede de pilotage d'un generateur couple a une roue-libre d'un vehicule automobile
FR2907979A1 (fr) Systeme d'alimentation pour bateau

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230907

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: AMPERE SAS