EP4626741A1 - Systeme electrique d'alimentation pour vehicule - Google Patents

Systeme electrique d'alimentation pour vehicule

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Publication number
EP4626741A1
EP4626741A1 EP23810040.8A EP23810040A EP4626741A1 EP 4626741 A1 EP4626741 A1 EP 4626741A1 EP 23810040 A EP23810040 A EP 23810040A EP 4626741 A1 EP4626741 A1 EP 4626741A1
Authority
EP
European Patent Office
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power
cell
battery
voltage
power supply
Prior art date
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Pending
Application number
EP23810040.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Damien Verdier
Jérôme LACHAIZE
Nicolas LETO
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Pending legal-status Critical Current

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    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
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    • 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
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J2105/33—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles exchanging power with road vehicles
    • H02J2105/37—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles exchanging power with road vehicles exchanging power with electric vehicles [EV] or with hybrid electric vehicles [HEV]
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    • H02J2207/00—Details of circuit arrangements for charging or discharging batteries or supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter

Definitions

  • the invention relates to the field of hybrid or electric vehicles, and more precisely to an electrical power system for a hybrid or electric vehicle.
  • an electric or hybrid vehicle comprises an electric vehicle propulsion machine, as well as a so-called “traction” storage battery capable of being connected to the electric machine or to other equipment.
  • a so-called “traction” inverter in particular, is connected between the battery and the electric machine and makes it possible to convert the direct voltage supplied by the battery into a three-phase alternating voltage in order to power each phase of the electric machine.
  • the vehicle also includes an internal electrical power supply network making it possible to power the vehicle's electrical equipment (for example the windshield wipers, headlights, dashboard indicator lights, etc.).
  • the vehicle more precisely comprises a so-called “low voltage” network and a so-called “high voltage” network.
  • the voltage supplied by the low voltage network is for example 12 or 14 V.
  • the vehicle also includes an auxiliary battery capable of supplying the low voltage network and a DC-DC voltage converter.
  • the DC-DC converter can be connected between the auxiliary battery and the battery, in order to recharge the auxiliary battery or it can also be connected between the battery and the low voltage network in order to supply the low voltage network.
  • the traction battery and the auxiliary battery are in reality each made up of a set of battery cells, in other words a set of elementary electrochemical cells, connected together statically.
  • the charge level of each battery depends on the state of charge of each cell.
  • the electrical and energy characteristics of the cells constituting a battery are not identical and vary over time and depending on their demands. THE sizing of each battery must also take into consideration the aging phenomena and the performance of each cell, which is restrictive.
  • the components of the converter and the inverter are dimensioned so that the voltage supplied by the converter and the inverter are each defined over a wide range of voltages.
  • the sizing of each of these elements is not carried out for an optimal operating voltage, this can cause greater conversion losses than when the sizing is carried out for an optimal operating voltage. Additionally, it is also more difficult to precisely control the output voltage of each converter and/or inverter.
  • the invention relates to an electrical power system for an electric or hybrid vehicle, the vehicle comprising an electrical power bus capable of powering electrical equipment mounted in the vehicle, said system comprising: a) a DC-DC voltage converter, b) at least two power cells each comprising: i. a rectifier capable of supplying an alternating voltage from a direct voltage and vice versa, ii. a battery, electrically connected to the rectifier, capable of operating in a discharge mode, in which the battery is capable of supplying a direct voltage and capable of operating in a charging mode in which the battery is capable of recharging from a continuous voltage, iii.
  • a switching cell comprising switches capable of connecting the battery to the converter, c) a first set of switches capable of connecting the battery of a power cell to the battery of the neighboring power cell, in order to connect the batteries in series, d) a second set of switches capable of connecting all of the batteries connected in series to the electrical power bus, e) a control unit configured to control the first set of switches, the second set of switches and each switch of each switching cell.
  • the invention here relates to a power supply system capable of powering a power bus using a DC-DC voltage converter connected to a battery included in one of the power cells. Furthermore, the power system also makes it possible to power electrical equipment connected to the rectifier, thanks to the electrical energy supplied by the power bus via the power cells. The power system is thus advantageously bidirectional.
  • the power system is configured to operate according to a first operating mode in which: a) the rectifier of each power cell is connected to an alternating voltage, b) the DC-DC converter is connected on the one hand to one of the power cells and on the other hand to the electrical power bus in order to supply the supply bus with electrical energy.
  • the power supply system comprises a connection module capable of electrically connecting each power cell to an electrical supply network capable of supplying an alternating voltage or to electrical equipment external to the vehicle capable of being powered from an alternating voltage: a) if the alternating voltage supplied by the supply network, or if the voltage necessary to power the electrical equipment, is single-phase, the connection module is capable of connecting the single-phase voltage to at least one power cell, b) if the alternating voltage supplied by the power network, or if the voltage necessary to power the electrical equipment, is three-phase, the module connection is capable of connecting each phase of said voltage to a power supply cell.
  • the power system not only makes it possible to power each power cell, and therefore each battery, and also makes it possible to power the power bus via the DC-DC converter, from a single-phase or three-phase voltage.
  • the power system when the power system operates according to the first operating mode: a) the first set of switches and the second set of switches are open, b) the switches of the switching cell of one of the power cells are closed so as to connect said power cell to the DC-DC converter.
  • each battery is isolated from the other batteries, this makes it possible to give a different function to each of the batteries: one of the batteries is connected to the DC-DC converter and the other battery(ies) are recharged with electrical energy.
  • the power supply system comprises three power cells.
  • the power supply system comprises three power cells.
  • For a three-phase alternating voltage it is usual and essential to have one power cell per phase of said alternating voltage.
  • connection module comprises: a. a first connection terminal electrically connected to the first power cell, b. a second connection terminal, c. a third connection terminal, d. a first switch, capable of connecting the second power cell to the first connection terminal or to the second connection terminal, e. a second switch capable of connecting the third power cell to the first connection terminal or to the third connection terminal.
  • the voltage supplied on the first connection terminal is single-phase and powers the first power cell, said voltage can also power the second and the third power cell.
  • the voltage supplied on the first connection terminal is three-phase: each phase is connected to a connection terminal, itself connected to a power supply cell.
  • the charging of a battery is carried out simultaneously with the supply of the power bus, from single-phase or three-phase voltage.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising an electrical power bus capable of powering electrical equipment mounted in the vehicle and an electrical power system as presented previously.
  • the method makes it possible to simultaneously power the power bus from a battery via the DC/DC converter, and to recharge the one or more other batteries. This process is simple to implement since it is done by commanding the opening or closing of certain switches.
  • Figure 1 is an electronic diagram representing the power supply system according to the invention.
  • Figure 2 is an electronic diagram representing the first operating mode of the power system according to Figure 1.
  • Figure 3 is an electronic diagram representing the second operating mode of the power system according to Figure 1.
  • the vehicle notably includes an HV electrical power bus.
  • the HV electric power bus is capable of supplying electrical energy to various electrical equipment on board the vehicle. Even more precisely, the power bus includes a positive HV+ terminal and a negative HV- terminal.
  • the vehicle also includes an electrical power system 1.
  • the power supply system 1 comprises at least two power cells 10, 20, 30, a connection module 40, a DC-DC voltage converter 50 and a control unit (not shown in the figures).
  • Each power cell 10, 20, 30 comprises a rectifier r1, r2, r3, a battery B1, B2, B3 and a switching cell C, C20, C30.
  • Each rectifier r1, r2, r3 includes two input terminals and two output terminals.
  • the battery B1, B2, B3 of each power cell 10, 20, 30 is able to operate in a discharge mode, in which the battery B1, B2, B3 is able to provide a direct voltage.
  • the value of the direct voltage supplied by each battery B1, B2, B3 can also be controlled.
  • the battery B1, B2, B3 of each power cell 10, 20, 30 is also capable of operating in a charging mode in which the battery B1, B2, B3 recharges.
  • the first switch 110, I20, I30 of each power cell 10, 20, 30 makes it possible to connect a first terminal of the battery B1, B2, B3 to a terminal of the DC-DC converter 50.
  • each power cell 10, 20, 30 comprises a coil L1, L2, L3, connected to the input of the rectifier r1, r2, r3, in other words, a coil is connected on the one hand to the rectifier r1, r2, r3 and intended to be connected on the other hand to an alternating voltage.
  • the power supply system 1 also includes a first set of switches I3 and a second set of switches I4.
  • the first set of switches I3 comprises: a. a switch connected on the one hand to the battery B1 of the first power cell Cw and on the other hand to the battery B2 of the second power cell C20, b. a switch connected on the one hand to the battery B2 of the second power cell C20, on the other hand to the battery B3 of the third power cell C30.
  • the second set of switches I4 makes it possible to connect the battery B1 of the first power cell C10 to the HV power bus, in particular in order to connect the branch of batteries B1, B2, B3 connected in series between the terminal positive HV+ and the negative HV- terminal of the HV power bus.
  • connection module 40 When the connection module 40 is connected to electrical equipment, then at least one battery B1, B2, B3 of the at least one power cell 10, 20, 30 connected to said connection module 40 makes it possible to supply energy to said equipment.
  • connection module 40 is capable of connecting the single-phase voltage to at least one power cell 10, 20, 30. If the alternating voltage supplied by the power network, or if the voltage necessary to power the electrical equipment, is three-phase, then the connection module 40 is capable of connecting each phase of said alternating voltage to a power supply cell 10, 20, 30 which is specific to it.
  • each phase of said voltage is connected to a connection terminal 41, 42, 43 which is clean. Conversely, when the alternating voltage supplied by the power supply network, or when the voltage necessary to power the electrical equipment, is single-phase, the phase of said voltage is connected to the first connection terminal 41.
  • a second switch I6 configured for: i) according to a first position: connect the first connection terminal 41 to the third power cell 30, and more precisely to an input terminal of the rectifier r3 of the third power cell 30, ii) according to a second position: in particular when the alternating voltage supplied by the network power supply, or when the voltage necessary to power the electrical equipment is three-phase, connect the third connection terminal 43 to the third power cell 30, and more precisely to an input terminal of the rectifier r3 of the third power cell 30.
  • connection module 40 is also connected to the neutral line of the alternating voltage and the connection module 40 is configured to connect the neutral line to the second input terminal of each rectifier r1, r2, r3 .
  • each power cell 10, 20, 30 can also include an EMC filter, for “electromagnetic compatibility”, connected between each rectifier r1, r2, r3 and the connection module 40, and more precisely between the coil L1, L2, L3 and the connection module 40.
  • one of the power cells 10, 20, 30 is connected to the DC-DC converter 50.
  • this is the first power cell 10.
  • the switches 110, 110' of the switching cell C10 of the power cell 10 are closed.
  • this makes it possible to connect a phase to the first power cell 10, itself connected to the DC-DC converter 50, itself connected between the positive terminal HV+ and the negative terminal HV- of the HV power bus.
  • the power supply system 1 operates according to a third operating mode, in the case where electrical equipment external to the vehicle is connected to the connection module 40, the voltage necessary for the operation of the equipment being three-phase.
  • each phase of the voltage is connected to a connection terminal 41, 42, 43 which is specific to it (and therefore to a power supply cell 10, 20, 30 which is specific to it) and the first switch I5 and the second switch I6 of the connection module 40 are in the second position.
  • the first switch set I3 and the second switch set I4 are open, so that each battery B1, B2, B3 is not connected to the battery B1, B2, B3 of the power cell 10, 20, 30 neighbor.
  • each battery B1, B2, B3 supplies a phase of the voltage making it possible to power the electrical equipment connected to the connection module 40.
  • connection module 40 it is also possible to implement the first and second operating modes for a power supply network supplying a single-phase voltage.
  • the power supply system 1 allows, from a single-phase or three-phase voltage, to power the HV power bus of the vehicle from the DC-DC voltage converter 50 while allowing the battery of the power cell(s) 10, 20, 30 not connected to the DC-DC voltage converter 50 to discharge in order to power electrical equipment or to charge. It is also possible to modify the power cell 10, 20, 30 connected to the converter 50. Thus, it is not always the same battery B1, B2, B3 which discharges or which charges. This makes it possible to balance the discharge levels between all the batteries B1, B2, B3 of the power system 1.
  • the control method comprises a step consisting of connecting the rectifier r1, r2, r3 of each power cell 10, 20, 30 to an alternating voltage, in particular via the connection module 40.

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Abstract

L'invention concerne un système d'alimentation (1) électrique pour véhicule électrique ou hybride, le véhicule comprenant un bus d'alimentation (HV) électrique, ledit système (1) comprenant : a) un convertisseur de tension continu-continu (50), b) au moins deux cellules d'alimentation (10, 20, 30) comprenant chacune : i. un redresseur (r1, r2, r3), ii. une batterie (B1, B2, B3), reliée au redresseur (r1, r2, r3), iii. une cellule de commutation (C10, C20, C30) comprenant des interrupteurs (I10, I10', I20, I20', I30, I30') aptes à connecter la batterie (B1, B2, B3) au convertisseur (50), c) un premier ensemble d'interrupteurs (I3) apte à connecter les batteries (B1, B2, B3) en série, d) un deuxième ensemble d'interrupteurs (I4) apte à connecter l'ensemble des batteries (B1, B2, B3) en série au bus d'alimentation (HV), e) une unité de contrôle configurée pour commander l'ensemble des interrupteurs (I3, I4, I10, I10', I20, I20', I30, I30').

Description

SYSTEME ELECTRIQUE D’ALIMENTATION POUR VEHICULE
DESCRIPTION
[Domaine technique]
[0001] L’invention concerne le domaine des véhicules hybrides ou électriques, et plus précisément un système électrique d’alimentation pour véhicule hybride ou électrique.
[Etat de la technique antérieure]
[0002] De manière connue, un véhicule électrique ou hybride comprend une machine électrique de propulsion du véhicule, ainsi qu’une batterie de stockage dite « de traction » apte à être reliée à la machine électrique ou à d’autres équipements. Un onduleur notamment dit « de traction », est connecté entre la batterie et la machine électrique et permet de convertir la tension continue fournie par la batterie en une tension alternative triphasée afin d’alimenter chaque phase de la machine électrique.
[0003] Le véhicule comprend également un réseau d’alimentation électrique interne permettant d’alimenter les équipements électriques du véhicule (par exemple les essuie- glaces, les phares, les voyants lumineux du tableau de bord etc.). Le véhicule comprend plus précisément un réseau dit « basse tension » et un réseau dit « haute tension ».
[0004] La tension fournie par le réseau basse tension est par exemple de 12 ou 14 V.
[0005] Le véhicule comprend également une batterie auxiliaire apte à alimenter le réseau basse tension et un convertisseur de tension continue-continue. Le convertisseur continu- continu peut être connecté entre la batterie auxiliaire et la batterie, afin de recharger la batterie auxiliaire ou il peut également être connecté entre la batterie et le réseau basse tension afin d’alimenter le réseau basse tension.
[0006] Cela présente l’inconvénient de devoir monter et paramétrer de nombreux convertisseurs dans le véhicule.
[0007] De plus, la batterie de traction et la batterie auxiliaire sont en réalité chacune constituée d’un ensemble de cellules de batterie, autrement dit un ensemble de cellules électrochimiques élémentaires, reliées entre elles de manière statique. Le niveau de charge de chaque batterie dépend de l’état de charge de chaque cellule. Cependant, les caractéristiques électriques et énergétiques des cellules constituant une batterie ne sont pas identiques et varient au cours du temps et en fonction de leurs sollicitations. Le dimensionnement de chaque batterie doit également prendre en considération les phénomènes de vieillissement et des performances de chaque cellule, ce qui est contraignant.
[0008] Par ailleurs, le dimensionnement des composants du convertisseur et de l’onduleur est réalisé pour que la tension fournie par le convertisseur et l’onduleur soient définies chacune sur une large gamme de tensions. Ainsi, puisque le dimensionnement de chacun de ces éléments n’est pas réalisé pour une tension de fonctionnement optimale, cela peut provoquer des pertes de conversion plus importantes que lorsque le dimensionnement est réalisé pour une tension de fonctionnement est optimale. De plus, il est également plus difficile de contrôler avec précision la tension de sortie de chaque convertisseur et/ou onduleur.
[0009] Il existe donc le besoin d’une solution permettant de pallier, au moins en partie, les inconvénients décrits précédemment.
[Exposé de l’invention]
[0010] A cette fin, l’invention concerne un système d’alimentation électrique pour véhicule électrique ou hybride, le véhicule comprenant un bus d’alimentation électrique apte à alimenter des équipements électriques montés dans le véhicule, ledit système comprenant : a) un convertisseur de tension continu-continu, b) au moins deux cellules d’alimentation comprenant chacune : i. un redresseur apte à fournir une tension alternative à partir d’une tension continue et inversement, ii. une batterie, reliée électriquement au redresseur, apte à fonctionner selon un mode de décharge, dans lequel la batterie est apte à fournir une tension continue et apte à fonctionner selon un mode de charge dans lequel la batterie est apte à se recharger à partir d’une tension continue, iii. une cellule de commutation comprenant des interrupteurs aptes à connecter la batterie au convertisseur, c) un premier ensemble d’interrupteurs apte à connecter la batterie d’une cellule d’alimentation à la batterie de la cellule voisine d’alimentation, afin de relier les batteries en série, d) un deuxième ensemble d’interrupteurs apte à connecter l’ensemble des batteries reliées en série au bus d’alimentation électrique, e) une unité de contrôle configurée pour commander le premier ensemble d’interrupteurs, le deuxième ensemble d’interrupteurs et chaque interrupteur de chaque cellule de commutation.
[0011] Ainsi, l’invention concerne ici un système d’alimentation apte à alimenter un bus d’alimentation grâce à un convertisseur de tension continue-continue relié à une batterie comprise dans une des cellules d’alimentation. Par ailleurs, le système d’alimentation permet également d’alimenter un équipement électrique relié au redresseur, grâce à l’énergie électrique fournie par le bus d’alimentation via les cellules d’alimentation. Le système d’alimentation est ainsi avantageusement bidirectionnel.
[0012] De préférence, le système d’alimentation est configuré pour fonctionner selon un premier mode de fonctionnement dans lequel : a) le redresseur de chaque cellule d’alimentation est connecté à une tension alternative, b) le convertisseur continu-continu est connecté d’une part à une des cellules d’alimentation et d’autre part au bus d’alimentation électrique afin d’alimenter le bus d’alimentation en énergie électrique.
[0013] Ainsi, si une tension est appliquée en entrée de chaque cellule d’alimentation, autrement dit si la batterie de chaque cellule d’alimentation fonctionne selon le mode de charge, cela permet en simultanée d’alimenter le bus d’alimentation via le convertisseur de tension continue-continue, et de recharger la batterie de la ou des cellules d’alimentations qui ne sont pas reliées au convertisseur continu-continu. De plus, le système d’alimentation est configuré pour alterner la batterie à connecter au convertisseur continu-continu. Ainsi, cela permet de conserver un état de charge équilibré entre chaque batterie de chaque cellule d’alimentation.
[0014] De préférence encore, le système d’alimentation comprend un module de connexion apte à connecter électriquement chaque cellule d’alimentation à un réseau d’alimentation électrique apte à fournir une tension alternative ou à un équipement électrique externe au véhicule apte à être alimenté à partir d’une tension alternative : a) si la tension alternative fournie par le réseau d’alimentation, ou si la tension nécessaire pour alimenter l’équipement électrique, est monophasée, le module de connexion est apte à connecter la tension monophasée à au moins une cellule d’alimentation, b) si la tension alternative fournie par le réseau d’alimentation, ou si la tension nécessaire pour alimenter l’équipement électrique, est triphasée, le module de connexion est apte à connecter chaque phase de ladite tension à une cellule d’alimentation.
[0015] Ainsi, le système d’alimentation permet non seulement d’alimenter chaque cellule d’alimentation, et donc chaque batterie, et permet également d’alimenter le bus d’alimentation via le convertisseur continu-continu, à partir d’une tension monophasée ou triphasée.
[0016] Avantageusement, lorsque le système d’alimentation fonctionne selon le premier mode de fonctionnement : a) le premier ensemble d’interrupteurs et le deuxième ensemble d’interrupteurs sont ouverts, b) les interrupteurs de la cellule de commutation d’une des cellules d’alimentation sont fermés de sorte à connecter ladite cellule d’alimentation au convertisseur continu- continu.
[0017] Ainsi, puisque chaque batterie est isolée des autres batteries, cela permet ainsi de donner une fonction différente à chacune des batteries : une des batteries est reliée au convertisseur continu-continu et la ou les autres batteries se rechargent en énergie électrique.
[0018] De préférence, chaque cellule d’alimentation, comprend une bobine, connectée à l’entrée du redresseur. Chaque bobine permet de contrôler le courant en régulant la tension aux bornes de chaque batterie.
[0019] De préférence encore, le système d’alimentation comprend trois cellules d’alimentation. Pour une tension alternative triphasée, il est usuel et indispensable d’avoir une cellule d’alimentation par phase de ladite tension alternative.
[0020] De manière avantageuse, le module de connexion comprend : a. une première borne de connexion reliée électriquement à la première cellule d’alimentation, b. une deuxième borne de connexion, c. une troisième borne de connexion, d. un premier interrupteur, apte à relier la deuxième cellule d’alimentation à la première borne de connexion ou à la deuxième borne de connexion, e. un deuxième interrupteur apte à connecter la troisième cellule d’alimentation à la première borne de connexion ou à la troisième borne de connexion.
[0021] Ainsi, si la tension fournie sur la première borne de connexion est monophasée et alimente la première cellule d’alimentation, ladite tension peut également alimenter la deuxième et la troisième cellule d’alimentation. Par ailleurs, si la tension fournie sur la première borne de connexion est triphasée : chaque phase est reliée à une borne de connexion, elle-même reliée à une cellule d’alimentation. Ainsi, le chargement d’une batterie est réalisé en simultanée à l’alimentation du bus d’alimentation, à partir de tension monophasée ou triphasée.
[0022] L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant un bus d’alimentation électrique apte à alimenter des équipements électriques montés dans le véhicule et un système d’alimentation électrique tel que présenté précédemment.
[0023] L’invention concerne également un procédé de commande d’un système électrique tel que présenté précédemment, ledit procédé étant mis en œuvre par l’unité de contrôle et comprenant les étapes consistant à : a) connecter le redresseur de chaque cellule d’alimentation à une tension alternative, b) connecter le convertisseur continu-continu d’une part à une des cellules d’alimentation et d’autre part au bus d’alimentation électrique afin d’alimenter le bus d’alimentation en énergie électrique.
[0024] Ainsi, pour une tension appliquée en entrée de chaque cellule d’alimentation, le procédé permet en simultanée d’alimenter le bus d'alimentation à partir d’une batterie via le convertisseur DC/DC, et de recharger la ou les autres batteries. Ce procédé est simple à mettre en œuvre puisqu’il se fait par commande d’ouverture ou fermeture de certains interrupteurs.
[Description des dessins]
[0025] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
[0026] [Fig 1] La figure 1 est un schéma électronique représentant le système d’alimentation selon l’invention.
[0027] [Fig 2] La figure 2 est un schéma électronique représentant le premier mode de fonctionnement du système d’alimentation selon la figure 1. [0028] [Fig 3] La figure 3 est un schéma électronique représentant le deuxième mode de fonctionnement du système d’alimentation selon la figure 1.
[Description des modes de réalisation]
[0029] Véhicule
[0030] En référence à la figure 1 , il va maintenant être décrit un véhicule selon l’invention. Le véhicule comprend notamment un bus d’alimentation électrique HV. Le bus d’alimentation HV électrique est apte à fournir de l’énergie électrique à divers équipements électriques embarqués dans le véhicule. Plus précisément encore, le bus d’alimentation comprend une borne positive HV+ et une borne négative HV-.
[0031] Le véhicule comprend également un système d’alimentation électrique 1.
[0032] Système d’alimentation
[0033] En référence à la figure 1 , le système d’alimentation 1 comprend au moins deux cellules d’alimentation 10, 20, 30, un module de connexion 40, un convertisseur de tension continu-continu 50 et une unité de contrôle (non représentée sur les figures).
[0034] Le convertisseur continu-continu 50 est destiné à être relié électriquement entre la borne positive HV+ et la borne négative HV- du bus d’alimentation.
[0035] De préférence, le système d’alimentation 1 comprend une première cellule d’alimentation 10, une deuxième cellule d’alimentation 20 et une troisième cellule d’alimentation 30. Chaque cellule d’alimentation 10, 20, 30 est apte à convertir une tension alternative en une tension continue.
[0036] Cellule d’alimentation 10, 20, 30
[0037] Chaque cellule d’alimentation 10, 20, 30, comprend un redresseur r1 , r2, r3, une batterie B1 , B2, B3 et une cellule de commutation C , C20, C30.
[0038] Plus précisément, le redresseur r1 , r2, r3 de chaque cellule d’alimentation 10, 20, 30 est dit bidirectionnel. Autrement dit, chaque redresseur r1 , r2, r3 est apte à fournir une tension alternative à partir d’une tension continue et inversement. On dit également que c’est un redresseur « double alternance ».
[0039] Chaque redresseur r1 , r2, r3 comprend deux bornes d’entrée et deux bornes de sortie.
[0040] Plus précisément, dans le cas présent, chaque redresseur r1 , r2, r3 comprend un premier interrupteur connecté entre un point haut PH et un premier point milieu PM1 , un deuxième interrupteur connecté entre le premier point milieu PM1 et entre un point bas PB, un troisième interrupteur connecté entre le point haut PH et un deuxième point milieu PM2 et un quatrième interrupteur connecté entre le deuxième point milieu PM2 et le point bas PB. Les deux bornes d’entrée de chaque redresseur r1 , r2, r3 désignent le premier point milieu PM1 et le deuxième point milieu PM2. Les deux bornes de sortie désignent le point haut PH et le point bas PB.
[0041] La batterie B1 , B2, B3 de chaque cellule d’alimentation 10, 20, 30 est apte à fonctionner selon un mode de décharge, dans lequel la batterie B1 , B2, B3 est apte à fournir une tension continue. La valeur de la tension continue fournie par chaque batterie B1 , B2, B3 est d’ailleurs contrôlable. Par ailleurs, la batterie B1 , B2, B3 de chaque cellule d’alimentation 10, 20, 30 est également apte à fonctionner selon un mode de charge dans laquelle la batterie B1 , B2, B3 se recharge.
[0042] De plus, la batterie B1 , B2, B3 de chaque cellule d’alimentation 10, 20, 30 est connectée au redresseur r1 , r2, r3 correspondant. Plus précisément, chaque batterie B1 , B2, B3 est connectée entre les deux bornes de sortie du redresseur r1 , r2, r3 correspondant.
[0043] La cellule de commutation Cw, C20, C30 de chaque cellule d’alimentation 10, 20, 30 est apte à connecter la batterie B1 , B2, B3 au convertisseur continu-continu 50. Autrement dit, la cellule de commutation C10, C20, C30 est connectée d’une part à la batterie B1 , B2, B3 et d’autre part au convertisseur continu-continu 50.
[0044] Chaque cellule de commutation Cw, C20, C30 comprend un premier interrupteur 110, I20, I30 et un deuxième interrupteur 110’, I20’, I30’.
[0045] Le premier interrupteur 110, I20, I30 de chaque cellule d’alimentation 10, 20, 30 permet de connecter une première borne de la batterie B1 , B2, B3 à une borne du convertisseur continu-continu 50.
[0046] Le deuxième interrupteur 110’, I20’, I30’ de chaque cellule d’alimentation 10, 20, 30 permet de connecter une deuxième borne de la batterie B1 , B2, B3 à une deuxième borne du convertisseur continu-continu 50.
[0047] bobines
[0048] De plus, chaque cellule d’alimentation 10, 20, 30, comprend une bobine L1 , L2, L3, connectée à l’entrée du redresseur r1 , r2, r3, autrement dit, une bobine est connectée d’une part au redresseur r1 , r2, r3 et destinée à être reliée d’autre part à une tension alternative.
[0049] Le système d’alimentation 1 comprend également un premier ensemble d’interrupteurs I3 et un deuxième ensemble d’interrupteurs I4.
[0050] Premier ensemble d’interrupteurs I3 [0051] Le premier ensemble d’interrupteurs I3 est apte à connecter la batterie B1 , B2, B3 d’une cellule d’alimentation 10, 20, 30 à la batterie B1 , B2, B3 de la cellule voisine d’alimentation 10, 20, 30, afin de relier les batteries B1 , B2, B3 en série.
[0052] Pour cela, le premier ensemble d’interrupteurs I3 comprend : a. un interrupteur connecté d’une part à la batterie B1 de la première cellule d’alimentation Cw d’autre part à la batterie B2 de la deuxième cellule d’alimentation C20, b. un interrupteur connecté d’une part à la batterie B2 de la deuxième cellule d’alimentation C20, d’autre part à la batterie B3 de la troisième cellule d’alimentation C30.
[0053] Ainsi, les batteries B1 , B2, B3 peuvent être reliées en série, il est alors dit que les batteries forment une branche d’alimentation.
[0054] Deuxième ensemble d’interrupteurs I4
[0055] Le deuxième ensemble d’interrupteurs I4 permet de connecter la batterie B1 de la première cellule d’alimentation C10 au bus d’alimentation HV, notamment afin de connecter la branche de batteries B1 , B2, B3 connectées en série entre la borne positive HV+ et la borne négative HV- du bus d’alimentation HV.
[0056] Module de connexion 40
[0057] Le module de connexion 40 est apte à être connecté d’une part à un réseau d’alimentation électrique ou à un équipement électrique externe au véhicule et d’autre part à au moins une des cellules d’alimentation 10, 20, 30.
[0058] Lorsque le module de connexion 40 est connecté à un réseau d’alimentation, alors le réseau d’alimentation permet de recharger au moins une batterie B1 , B2, B3 de l’au moins une cellule d’alimentation 10, 20, 30 connectée audit module de connexion 40.
[0059] Lorsque le module de connexion 40 est connecté à un équipement électrique, alors au moins une batterie B1 , B2, B3 de l’au moins une cellule d’alimentation 10, 20, 30 connectée audit module de connexion 40 permet d’alimenter en énergie ledit équipement.
[0060] Plus précisément, si la tension alternative fournie par le réseau d’alimentation, ou si la tension nécessaire pour alimenter l’équipement électrique, est monophasée, alors le module de connexion 40 est apte à connecter la tension monophasée à au moins une cellule d’alimentation 10, 20, 30. Si la tension alternative fournie par le réseau d’alimentation, ou si la tension nécessaire pour alimenter l’équipement électrique, est triphasée, alors le module de connexion 40 est apte à connecter chaque phase de ladite tension alternative à une cellule d’alimentation 10, 20, 30 qui lui est propre.
[0061] Plus précisément encore, le module de connexion 40 comprend une première borne de connexion 41 , une deuxième borne de connexion 42 et une troisième borne de connexion 43.
[0062] Lorsque la tension alternative fournie par le réseau d’alimentation, ou lorsque la tension nécessaire pour alimenter l’équipement électrique, est triphasée, alors chaque phase de ladite tension est connectée à une borne de connexion 41 , 42, 43 qui lui est propre. A l’inverse, lorsque la tension alternative fournie par le réseau d’alimentation, ou lorsque la tension nécessaire pour alimenter l’équipement électrique, est monophasée, la phase de ladite tension est connectée à la première borne de connexion 41.
[0063] De plus, la première borne de connexion 41 est reliée à la première cellule de commutation 10, plus précisément à une borne d’entrée du redresseur r1 de la première cellule de commutation 10.
[0064] Le module de connexion 40 comprend également : a) un premier interrupteur I5, configuré pour : i) selon une première position : connecter la première borne de connexion
41 à la deuxième cellule d’alimentation 20, et plus précisément à une borne d’entrée du redresseur r2 de la deuxième cellule d’alimentation 20, ii) selon une deuxième position : connecter la deuxième borne de connexion
42 à la deuxième cellule d’alimentation 20, et plus précisément à une borne d’entrée du redresseur r2 de la deuxième cellule d’alimentation 20, b) un deuxième interrupteur I6 configuré pour : i) selon une première position : connecter la première borne de connexion 41 à la troisième cellule d’alimentation 30, et plus précisément à une borne d’entrée du redresseur r3 de la troisième cellule d’alimentation 30, ii) selon une deuxième position : notamment lorsque la tension alternative fournie par le réseau d’alimentation, ou lorsque la tension nécessaire pour alimenter l’équipement électrique, est triphasée, connecter la troisième borne de connexion 43 à la troisième cellule d’alimentation 30, et plus précisément à une borne d’entrée du redresseur r3 de la troisième cellule d’alimentation 30.
[0065] De plus, le module de connexion 40 est également relié à la ligne neutre de la tension alternative et le module de connexion 40 est configuré pour relier la ligne neutre à la deuxième borne d’entrée de chaque redresseur r1 , r2, r3. [0066] Par ailleurs, chaque cellule d’alimentation 10, 20, 30 peut également comprendre un filtre CEM, pour « compatibilité électro-magnétique », connecté entre chaque redresseur r1 , r2, r3 et le module de connexion 40, et plus précisément entre la bobine L1 , L2, L3 et le module de connexion 40.
[0067] L’unité de contrôle (non représentée sur les figures) est configurée pour commander l’ouverture et la fermeture des interrupteurs I5, 16 du module de connexion 40, du premier ensemble d’interrupteurs I3, du deuxième ensemble d’interrupteurs I4 et de chaque interrupteur 110, 110’, I20, 120’, I30, 130’, de chaque cellule de commutation Cw, C20, C30 et de chaque redresseur r1 , r2, r3. L’unité de contrôle est également apte à contrôler la tension fournie et générée par chaque batterie B1 , B2, B3 afin par exemple de réguler le courant dans les inductances L1 , L2, L3 ou de réguler la tension à fournir au convertisseur continu-continu 50.
[0068] Mode de fonctionnement
[0069] En référence à la figure 2, il va maintenant être décrit plusieurs des modes de fonctionnement du système d’alimentation 1 tel que présenté précédemment. Rappelons que l’unité de contrôle a pour tâche la commande de chacun des interrupteurs afin de mettre en œuvre le mode de fonctionnement décrit ci-après.
[0070] Il va tout d’abord être présenté un premier et un deuxième modes de fonctionnement pour lesquels un réseau électrique triphasé est connectée au module de connexion. Dans ce cas, chaque phase de la tension fournie par le réseau est connectée à une borne de connexion 41 , 42, 43 qui lui est propre (et donc à une cellule d’alimentation 10, 20, 30 qui lui est propre) et le premier interrupteur I5 et le deuxième interrupteur I6 du module de connexion 40 sont en deuxième position. Le premier ensemble d’interrupteur I3 et le deuxième ensemble d’interrupteur I4 sont ouverts, de sorte que chaque batterie B1 , B2, B3 ne soit pas connectée à la batterie B1 , B2, B3 de la cellule d’alimentation 10, 20, 30 voisine.
[0071] Selon le premier mode de fonctionnement en référence à la figure 2, chaque cellule d’alimentation C10, C20, C30 est alimentée par une phase du réseau électrique permettant ainsi de recharger chacune des batteries B1 , B2, B3.
[0072] Selon le deuxième mode de fonctionnement en référence à la figure 3, une des cellules d’alimentation 10, 20, 30 est connectée au convertisseur continu-continu 50. Selon l’exemple présenté ici, il s’agit de la première cellule d’alimentation 10. Autrement dit ici, les interrupteurs 110, 110’ de la cellule de commutation C10 de la cellule d’alimentation 10 sont fermés. Ainsi, cela permet de connecter une phase à la première cellule d’alimentation 10, elle-même connectée au convertisseur continu-continu 50, lui-même connecté entre la borne positive HV+ et la borne négative HV- du bus d’alimentation HV.
[0073] Autrement dit, dans cette configuration, le bus d’alimentation HV est alimenté par la batterie B1 de la cellule d’alimentation 10 via le convertisseur continu-continu 50. Les autres batteries B2, B3 fonctionnent, quant à elles, en mode de recharge à partir de la tension fournie par le réseau alternatif.
[0074] Par ailleurs, le système d’alimentation 1 fonctionne selon un troisième mode de fonctionnement, dans le cas où un équipement électrique externe au véhicule est relié au module de connexion 40, la tension nécessaire au fonctionnement de l’équipement étant triphasée. Selon cette troisième configuration, chaque phase de la tension est connectée à une borne de connexion 41 , 42, 43 qui lui est propre (et donc à une cellule d’alimentation 10, 20, 30 qui lui est propre) et le premier interrupteur I5 et le deuxième interrupteur I6 du module de connexion 40 sont en deuxième position. Le premier ensemble d’interrupteur I3 et le deuxième ensemble d’interrupteur I4 sont ouverts, de sorte que chaque batterie B1 , B2, B3 ne soit pas connectée à la batterie B1 , B2, B3 de la cellule d’alimentation 10, 20, 30 voisine.
[0075] Ainsi, chaque batterie B1 , B2, B3 alimente une phase de la tension permettant d’alimenter l’équipement électrique connecté au module de connexion 40.
[0076] De plus grâce au module de connexion 40, il est également possible de mettre en œuvre le premier et le deuxième mode de fonctionnement pour un réseau d’alimentation fournissant une tension monophasée.
[0077] Ainsi, le système d’alimentation 1 permet, à partir d’une tension monophasée ou triphasée, d’alimenter le bus d’alimentation HV du véhicule à partir du convertisseur de tension continu-continu 50 tout en permettant à la batterie de la ou des cellules d’alimentation 10, 20, 30 non connectées au convertisseur de tension continu-continu 50 de se décharger afin d’alimenter des équipements électriques ou de se charger. Il est également possible de modifier la cellule d’alimentation 10, 20, 30reliée au convertisseur 50. Ainsi, ce n’est pas toujours la même batterie B1 , B2, B3 qui se déchargent ou qui se charge. Cela permet d’équilibrer les niveaux de décharge entre l’ensemble des batteries B1 , B2, B3 du système d’alimentation 1.
[0078] L’unité de contrôle permet de définir le mode de fonctionnement du système d’alimentation.
[0079] Procédé [0080] L’invention concerne également un procédé de commande du système d’alimentation 1 , mis en œuvre par l’unité de contrôle
[0081] Par exemple, afin de mettre en œuvre le deuxième mode de fonctionnement, le procédé de commande comprend une étape consistant à connecter le redresseur r1 , r2, r3 de chaque cellule d’alimentation 10, 20, 30 à une tension alternative, notamment via le module de connexion 40.
[0082] A ce but, le procédé comprend également une étape consistant à connecter le convertisseur continu-continu 50 d’une part à une des cellules d’alimentation 10, 20, 30 et d’autre part au bus d’alimentation HV électrique afin d’alimenter le bus d’alimentation HV en énergie électrique. Pour cela, l’unité de contrôle actionne la fermeture des interrupteurs de la cellule de commutation Cw, C20, C30 d’une des cellules d’alimentation 10, 20, 30.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système d’alimentation (1) électrique destiné à être embarqué dans un véhicule électrique ou hybride, le véhicule comprenant un bus d’alimentation (HV) électrique apte à alimenter des équipements électriques montés dans le véhicule, ledit système (1) comprenant : a) un convertisseur de tension continu-continu (50), b) au moins deux cellules d’alimentation (10, 20, 30) comprenant chacune : i) un redresseur (r1 , r2, r3) apte à fournir une tension alternative à partir d’une tension continue et inversement, ii) une batterie (B1 , B2, B3), reliée électriquement au redresseur (r1 , r2, r3), apte à fonctionner selon un mode de décharge, dans lequel la batterie (B1 , B2, B3) est apte à fournir une tension continue et apte à fonctionner selon un mode de charge dans lequel la batterie (B1 , B2, B3) est apte à se recharger à partir d’une tension continue, iii) une cellule de commutation (Cw, C20, C30) comprenant des interrupteurs (110, 110’, I20, I20’, I30, I30’) aptes à connecter la batterie (B1 , B2, B3) au convertisseur (50), c) un premier ensemble d’interrupteurs (I3) apte à connecter la batterie (B1 , B2, B3) d’une cellule d’alimentation (10, 20, 30) à la batterie (B1 , B2, B3) de la cellule voisine d’alimentation (10, 20, 30), afin de relier les batteries (B1 , B2, B3) en série, d) un deuxième ensemble d’interrupteurs (I4) apte à connecter l’ensemble des batteries (B1 , B2, B3) reliées en série au bus d’alimentation (HV) électrique, e) une unité de contrôle configurée pour commander le premier ensemble d’interrupteurs (I3), le deuxième ensemble d’interrupteurs (I4) et chaque interrupteur (110, 110’, I20, I20’, I30, I30’) de chaque cellule de commutation (C10, C20, C30), f) un module de connexion (40) apte à connecter électriquement chaque cellule d’alimentation (10, 20, 30) à un réseau d’alimentation électrique apte à fournir une tension alternative ou à un équipement électrique externe au véhicule apte à être alimenté à partir d’une tension alternative.
[Revendication 2] Système d’alimentation (1) électrique selon la revendication précédente, configuré pour fonctionner selon un premier mode de fonctionnement dans lequel : a) le redresseur (r1 , r2, r3) de chaque cellule d’alimentation (10, 20, 30) est connectée à une tension alternative, b) le convertisseur continu-continu (50) est connecté d’une part à une des cellules d’alimentation (10, 20, 30) et d’autre part au bus d’alimentation (HV+, HV-) électrique afin d’alimenter le bus d’alimentation (HV+, HV-) en énergie électrique.
[Revendication 3] Système d’alimentation (1) selon la revendication précédente dans lequel le module de connexion (40) est configuré pour fonctionner de la façon suivante : a) si la tension alternative fournie par le réseau d’alimentation, ou si la tension nécessaire pour alimenter l’équipement électrique, est monophasée, le module de connexion (40) est apte à connecter la tension monophasée à au moins une cellule d’alimentation (10, 20, 30), b) si la tension alternative fournie par le réseau d’alimentation, ou si la tension nécessaire pour alimenter l’équipement électrique, est triphasée, le module de connexion (40) est apte à connecter chaque phase de ladite tension à une cellule d’alimentation (10, 20, 30).
[Revendication 4] Système d’alimentation (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 3, dans lequel, lorsqu’il fonctionne selon le premier mode de fonctionnement : a) le premier ensemble d’interrupteurs (I3) et le deuxième ensemble d’interrupteurs (I4) sont ouverts, b) les interrupteurs (110, 110’, I20, I20’, I30, I30’) de la cellule de commutation (C , C20, C30) d’une des cellules d’alimentation (10, 20, 30) sont fermés de sorte à connecter ladite cellule d’alimentation (10, 20, 30) au convertisseur continu-continu (50).
[Revendication 5] Système d’alimentation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque cellule d’alimentation (10, 20, 30), comprend une bobine (L1, L2, L3), connectée au redresseur (r1 , r2, r3) et destinée à être reliée à une tension alternative.
[Revendication 6] Système d’alimentation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant trois cellules d’alimentation (10, 20, 30).
[Revendication 7] Système d’alimentation (1) selon les revendications 3 à 6, dans lequel le module de connexion (40) comprend : a) une première borne de connexion (41) reliée électriquement à la première cellule d’alimentation (10), b) une deuxième borne de connexion (42), c) une troisième borne de connexion (43), d) un premier interrupteur (15), apte à relier la deuxième cellule d’alimentation (20) à la première borne de connexion (41) ou à la deuxième borne de connexion (42), e) un deuxième interrupteur (I6) apte à connecter la troisième cellule d’alimentation (30) à la première borne de connexion (41) ou à la troisième borne de connexion (43).
[Revendication 8] Véhicule automobile comprenant un bus d’alimentation (HV+, HV-) électrique apte à alimenter des équipements électriques montés dans le véhicule et un système d’alimentation (1) électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
[Revendication 9] Procédé de commande d’un système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé étant mis en œuvre par l’unité de contrôle et comprenant les étapes consistant à : a) connecter le redresseur (r1 , r2, r3) de chaque cellule d’alimentation (10, 20, 30) à une tension alternative, b) connecter le convertisseur continu-continu (50) d’une part à une des cellules d’alimentation (10, 20, 30) et d’autre part au bus d’alimentation (H +, H -) électrique afin d’alimenter le bus d’alimentation (HV+, HV-) en énergie électrique.
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