EP4740296A1 - Circuit d'alimentation électrique d'une unité de stockage d'énergie électrique de véhicule - Google Patents
Circuit d'alimentation électrique d'une unité de stockage d'énergie électrique de véhiculeInfo
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Abstract
Circuit électrique (4, 6) comprenant : - deux bornes d'entrée aptes à être connectées à une tension continue, - une unité de contrôle (7p, 7s) - un premier bras de commutation (B1, B3), comprenant deux interrupteurs électroniques commandables (12) en série de part et d'autre d'un premier point milieu, les interrupteurs de ce premier bras étant commandés selon un premier rapport cyclique par l'unité de contrôle - un deuxième bras de commutation (B2, B4), comprenant deux interrupteurs électroniques commandables (12) en série de part et d'autre d'un deuxième point milieu, les interrupteurs de ce deuxième bras étant commandés selon un deuxième rapport cyclique par l'unité de contrôle, - une cellule inductive (10, 20) pour l'échange d'énergie sans contact constituée par une inductance, la cellule inductive étant montée entre les premier et deuxième points milieux (14, 15), les premier (B1, B3) et deuxième (B2, B4) bras étant montés en parallèle, le circuit comprenant une cellule de filtrage (11, 21) du bruit de mode commun et/ou du bruit de mode différentiel.
Description
Circuit d’alimentation électrique d’une unité de stockage d’énergie électrique de véhicule
La présente invention concerne un circuit d’alimentation électrique sans contact d’une unité de stockage d’énergie électrique de véhicule.
L’unité de stockage d 'énergie électrique présente par exemple une tension nominale de 12V, 48V, 60V ou plus, par exemple supérieure à 300V, par exemple de 400V, 800V ou 1000V
Il est connu d’alimenter électriquement par transmission sans contact par couplage inductif une unité de stockage d’énergie électrique d’un véhicule à une puissance comprise entre 3 et 50 kW, lorsque le véhicule est à l’arrêt ou lorsque celui-ci se déplace. Cette alimentation par transmission sans contact se fait alors au moyen de sous-circuits électriques distants couplés magnétiquement et accordés à la même fréquence de résonance. Les sous-circuits couplés magnétiquement mettent chacun en œuvre une cellule résonante de type LC.
La solution selon la demande déposée en France sous le n°22 09978 le 30/09/2022 qui ne fait pas partie de l’état de la technique consiste à appliquer une tension alternative aux bornes d’une cellule inductive primaire couplée par couplage inductif à une cellule inductive secondaire qui par adaptation d’impédance permet de transmettre de l’énergie électrique à basse fréquence dans une unité de stockage d’énergie électrique, par exemple une batterie de véhicule électrique.
Dans cette solution, il faut adapter le comportement des cellules inductives en mettant de grands composants passifs capacitifs et inductifs afin de fonctionner à basse fréquence. Ces composants sont chers, très gros surtout pour les très basses fréquences comme par exemple des fréquences inférieures ou égales à 1000Hz, et présentent une résistance série équivalente (« ESR » en anglais) dont les valeurs peuvent créer des comportements parasites susceptibles d’affecter l’efficacité du transfert d’énergie électrique.
L’invention vise à permettre une charge inductive à basse fréquence sans les inconvénients mentionnés ci -dessus et elle a pour objet, selon l’un de ses aspects, un circuit électrique comprenant:
- deux bornes d’entrée aptes à être connectées à une tension continue,
- une unité de contrôle,
- un premier bras de commutation, comprenant deux interrupteurs électroniques comman- dables en série de part et d’autre d’un premier point milieu, les interrupteurs de ce premier bras étant commandés selon un premier rapport cyclique par l’unité de contrôle,
- un deuxième bras de commutation, comprenant deux interrupteurs électroniques com- mandables en série de part et d’autre d’un deuxième point milieu, les interrupteurs de ce deuxième bras étant commandés selon un deuxième rapport cyclique par l’unité de contrôle,
- une cellule inductive pour l'échange d'énergie sans contact constituée par une inductance, la cellule inductive étant montée entre les premier et deuxième points milieux, les premier et deuxième bras étant montés en parallèle, l'unité de contrôle étant configurée pour agir sur les premier et deuxième rapport cyclique de manière à ce que la tension entre les premier et deuxième points milieux émule la présence d’une inductance et d’un condensateur montés en série avec la cellule inductive, le circuit comprenant une cellule de filtrage du bruit de mode commun et/ou du bruit de mode différentiel, cette cellule comprenant :
- deux inductances en couplage magnétique, chaque inductance étant disposée en série entre un point milieu d’un bras de commutation et une borne de la cellule inductive, et
- l’un au moins d’un condensateur disposé en parallèle de la cellule inductive et d’un condensateur disposé entre une borne de la cellule inductive et la terre.
Le circuit tel que défini ci-dessus permet, par la commande des bras de commutation, de supprimer un condensateur et une inductance physique tout en obtenant un comportement électrique équivalent à la présence de ces composants physiques. L’invention tire ainsi parti de la présence d’un convertisseur de tension existant pour ajouter une fonction additionnelle à ce convertisseur de tension. On réduit ainsi les coûts et l’encombrement du circuit.
Cependant, la suppression de ces composants physiques par la commutation des bras de commutation peut causer la propagation, même à de faibles niveaux, de composantes hautes fréquences dans la tension aux bornes de la cellule inductive, cette propagation se faisant selon un mode différentiel et un mode commun et générant des parasites.
Le circuit tel que défini ci-dessus permet alors également, par la présence de la cellule de filtrage du bruit de mode commun et/ou du bruit de mode différentiel de remédier à l’inconvénient lié à la suppression de l’inductance et du condensateur qui sont à présent émulés.
L’invention permet donc de supprimer le condensateur et l’inductance encombrants dont les comportements sont émulés et de filtrer les hautes fréquences en utilisant des inductances et un ou plusieurs condensateurs plus petits et moins chers. Le condensateur et l’inductance remplacés par une émulation auraient par exemple eu des valeurs dont le produit est au moins 5 fois supérieur, notamment au moins 10 fois supérieur, au produit d’une inductance et d’un condensateur de la cellule de filtrage du bruit de mode commun et/ou du bruit de mode différentiel. Par exemple, le condensateur et l’inductance remplacés par une émulation auraient eu des valeurs dont le produit est au moins 5 fois supérieur, notamment au moins 10 fois supérieur, au produit de toute inductance et de tout condensateur de la cellule de filtrage du bruit de mode commun et/ou du bruit de mode différentiel.
Les deux inductances en couplage magnétique sont par exemple obtenues par deux bobinages électriques autour d’un même noyau magnétique. D’autres façons pour obtenir deux inductances en couplage magnétique sont possibles.
La commande peut permettre d’émuler une inductance et un condensateur dont la valeur reste constante.
La commande effectuée par l’unité de contrôle peut permettre, plus largement qu’un montage en série d’une inductance et d’un condensateur, d’émuler la présence en série avec la cellule inductive d’une impédance complexe, telle qu’une impédance avec une inductance négative, telle qu’une impédance avec un condensateur de capacité négative, ou telle qu’une impédance avec une inductance de valeur variable dans le temps ou avec un condensateur dont la valeur de la capacité varie dans le temps.
La tension entre les deux points milieux peut correspondre à la tension appliquée au montage en série comprenant:
- la cellule inductive,
- une inductance émulée,
- un condensateur émulé, et
- deux inductances en couplage magnétique de la cellule de filtrage.
Le circuit électrique selon l’invention peut comprendre un capteur de courant monté en série avec la cellule inductive. Par exemple, le capteur de courant est disposé de sorte que le montage entre le premier et deuxième points milieux du circuit électrique comprend l’association en série de la cellule inductive, du capteur de courant et des deux
inductances en couplage de la cellule de filtrage, ces dernières encadrant la cellule inductive et le capteur de courant. Cette branche en série comprend également l’inductance émulée et le condensateur émulé.
Selon une première variante de l’invention, les deux bornes d’entrée sont connectées à un réseau de tension via un convertisseur AC/DC. Selon cette première variante, les deux bras de commutation définissent un convertisseur DC/ AC permettant la présence d’une tension alternative aux bornes de la cellule inductive.
Le réseau électrique fournit par exemple une tension efficace nominale de 230V ou de 110V avec une fréquence de 50 Hz ou 60 Hz. Le réseau électrique est par exemple monophasé.
Le réseau électrique est par exemple un réseau électrique régional ou national. En variante, il peut s’agir d’un réseau local indépendant, comprenant par exemple une ou plusieurs batteries alimentées par des sources d’énergie telles que éoliennes, des panneaux solaires, des piles à combustible ou des générateurs d’hydroélectricité.
Selon une deuxième variante de l’invention, les deux bornes d’entrée du circuit électrique sont connectées à une unité de stockage d’énergie électrique. Selon cette deuxième variante, les deux bras de commutation définissent un convertisseur DC/ AC permettant une adaptation d’impédance sur son entrée alternative indépendamment de l’impédance de l’unité de stockage d’énergie électrique. Cette adaptation d’impédance peut être réalisée comme suit :
- l’un du premier et du deuxième bras de commutation commute à la fréquence de l’énergie échangée sans contact, et
- l’autre du premier et du deuxième bras peut commuter à une fréquence plus élevée, par exemple égale ou supérieure à 5 fois ou à 10 fois la fréquence de l’énergie échangée sans contact. Un des bras de commutation commute par exemple à la fréquence de l’énergie échangée sans contact avec un rapport cyclique de 50%, et l’autre bras de commutation commute à une fréquence égale ou supérieure à celle de l’énergie transmise depuis le circuit primaire, notamment égale ou supérieure à 5 fois ou à 10 fois la fréquence de l’énergie transmise depuis le circuit primaire, et avec un rapport cyclique modulé selon le courant alternatif mesuré et la tension sur l’entrée alternative des deux bras de commutation. Cette réalisation d’adaptation d’impédance par les deux bras de commutation du convertisseur DC/AC est par exemple telle que décrite dans la demande FR 3 140 490 de la Demanderesse. Le contenu de cette demande est incorporé par référence à la présente demande, en ce qui concerne la façon de piloter deux bras de
commutation entre les points milieux desquels une cellule inductive est montée pour réaliser l’adaptation d’impédance.
Typiquement, l’unité de stockage d’énergie électrique peut être une batterie de type lithium-ion. Cette batterie a par exemple une tension nominale de 12V, 48 V, 60V ou plus, par exemple supérieure à 300V, par exemple de 400V, 800V ou 1000V.
La cellule de filtrage peut être une cellule de filtrage du bruit de mode commun et du bruit de mode différentiel. Une telle cellule comprend en plus des deux inductances en couplage magnétique précitées,
- un premier condensateur disposé en parallèle de la cellule inductive,
- un deuxième condensateur disposé entre une première borne de la cellule inductive et la terre, et
- un troisième condensateur disposé entre une deuxième borne de la cellule inductive et la terre.
Lorsque le premier et le deuxième condensateur sont présents et en l’absence du troisième condensateur, les deux condensateurs présents peuvent déjà fournir un filtrage différentiel. Le cas échéant, ce filtrage différentiel peut ne pas nécessiter la présence du troisième condensateur.
Lorsque le capteur de courant précité est monté en série avec la cellule inductive, le premier condensateur peut être montée en parallèle du montage en série du capteur de courant et de la cellule inductive. Toujours dans ce cas, ce capteur de courant peut être monté entre la cellule inductive et la connexion au deuxième ou au troisième condensateur.
Typiquement, la capacitance du premier condensateur est inférieure ou égale à 1 mF et supérieure ou égale à 10 nF, et la capacitance du deuxième condensateur et/ou du troisième condensateur est inférieure ou égale à 1 mF et supérieure ou égale à 10 nF.
Les capacitances étant de faible valeur, le deuxième et le troisième condensateur peuvent être des condensateurs de type Y. Le premier condensateur est par exemple un condensateur de type X.
Typiquement, chacune des inductances de la cellule de filtrage a une valeur inférieure ou égale à 1 mH et supérieure ou égale à 100 nH.
Typiquement, le taux de couplage magnétique entre les deux inductances de la cellule de filtrage peut prendre toute valeur comprise entre 0 et 100%, bornes inclues.
L’invention concerne également un circuit d’alimentation électrique d'une unité de stockage d'énergie électrique, comprenant :
- un premier circuit tel que ci -dessus, dit « circuit primaire »,
- un deuxième circuit tel que ci-dessus, dit « circuit secondaire », les unités de contrôle du circuit primaire et du circuit secondaire étant configurées pour agir sur les premier et deuxième rapports cycliques de chaque circuit de manière à ce que :
- la tension entre les premier et deuxième points milieux du circuit primaire émule la présence d’une inductance et d’un condensateur montés en série avec la cellule inductive primaire, et
- la tension entre les premier et deuxième points milieux du circuit secondaire émule la présence d’une inductance et d’un condensateur montés en série avec la cellule inductive secondaire, la cellule inductive du circuit primaire et la cellule inductive du circuit secondaire étant configurées de manière à échanger sans contact par couplage inductif de l’énergie électrique.
En ajustant les lois de commande du convertisseur DC/AC du circuit primaire, respectivement du circuit secondaire, il est possible d’obtenir une tension entre les premier et deuxième points milieux du circuit primaire, respectivement secondaire, se comportant comme si cette tension était appliquée à un montage comprenant la cellule inductive primaire, respectivement secondaire, en série avec une inductance et également en série avec un condensateur, en plus de la présence de la cellule de filtrage du bruit de mode commun et/ou du bruit de mode différentiel.
Un tel circuit permet donc de supprimer le condensateur et l’inductance encombrants dont les comportements sont émulés et de filtrer les hautes fréquences en utilisant des inductances et un ou plusieurs condensateurs plus petits et moins chers.
Afin de permettre un échange d’énergie électrique sans contact entre le circuit primaire et le circuit secondaire, la cellule inductive du circuit primaire et la cellule inductive du circuit secondaire sont configurées de manière à échanger sans contact par couplage inductif de l’énergie électrique.
Le cas échéant, ces bobines physiques et les composants dont le comportement est émulé sont choisis de manière à ce que la cellule inductive du circuit primaire et la cellule inductive du circuit secondaire aient sensiblement la même fréquence de résonance.
L’échange sans contact par couplage inductif d’énergie électrique se fait par exemple à une fréquence inférieure à 10 kHz, par exemple à 7 kHz, par exemple à 5 kHz, par exemple inférieure à 3kHz, ou encore inférieure à 2kHz ou 1kHz, notamment encore sensiblement égale à 400 Hz ou 50 Hz.
En variante, l’échange sans contact par couplage inductif d’énergie électrique peut se faire à une fréquence de 85 kHz.
Dans tout ce qui précède, les unités de contrôle peuvent être configurées pour commander les différents bras de commutation de manière à réaliser sélectivement :
- une charge de l’unité de stockage d’énergie électrique depuis le réseau de tension, ou
- une charge du réseau de tension depuis l’unité de stockage d’énergie électrique.
Ainsi, en fonction du besoin, l’échange d’énergie électrique peut s’effectuer dans un sens ou dans l’autre.
Dans tout ce qui précède, chaque interrupteur électronique commandable est par exemple un transistor, par exemple bipolaire, MOS ou IGBT, ou un thyristor. Chaque interrupteur électronique commandable est par exemple bidirectionnel.
Dans tout ce qui précède, chaque unité de contrôle peut être un circuit de traitement numérique, par exemple un circuit intégré de type ASIC (« Application-specific integrated circuit » en anglais) ou un microcontrôleur.
En variante, une seule unité de contrôle, par exemple un circuit de traitement numérique, peut être prévue, cette unité de contrôle commandant les bras de commutation du circuit primaire et du circuit secondaire.
En variante encore, l’unité de contrôle est commune au circuit primaire et au circuit secondaire, et elle comprend un module de commande du circuit primaire et un module de commande du circuit secondaire.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un composant pour l’alimentation électrique d’une unité de stockage d’énergie électrique, comprenant le circuit électrique tel que défini ci -dessus, le composant définissant notamment une structure supportant de manière rigidement couplée entre eux le circuit primaire et le circuit secondaire. Un tel composant est couramment appelé « chargeur embarqué » (« on board charger » en anglais). Ce composant est apte à être embarqué dans un véhicule hybride ou électrique.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un dispositif pour l’alimentation électrique d’une unité de stockage d’énergie électrique, comprenant:
- une borne de charge pour véhicule hybride ou électrique, dans laquelle est disposé ou à laquelle est connecté le circuit primaire du circuit électrique tel que défini ci-dessus, et
- un composant apte à être embarqué dans un véhicule hybride ou électrique, dans lequel est disposé le circuit secondaire du circuit électrique tel que défini ci -dessus.
Cette borne reçoit alors de l’énergie électrique d’un réseau électrique via un câble qui
peut être un câble monophasé ou un câble triphasé. Dans ce cas, le circuit primaire et le circuit secondaire ne sont pas intégrés à un même composant physique.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d’un exemple non-limitatif de mise en œuvre de celle-ci et à l’examen du dessin annexé sur lequel :
[Fig. l] représente de façon schématique un circuit électrique selon un exemple de mise en œuvre de l’invention.
[Fig.2] représente de façon schématique un circuit électrique comprenant les composants inductif et capacitif que la présente invention permet d’émuler.
On a représenté sur la figure 1, un circuit 1 d’alimentation électrique d'une unité de stockage d'énergie électrique 2. Cette unité de stockage d’énergie électrique 2 est par exemple une batterie de véhicule, pouvant présenter une tension nominale de 48V, 60V, 300V, 400V, 800V ou plus. Cette batterie sert à alimenter un système de propulsion de véhicule électrique ou hybride.
Ce circuit d’alimentation électrique 1 comprend :
- un circuit primaire 4, connecté à un réseau de tension 5, et
- un circuit secondaire 6, connecté à l’unité de stockage d’énergie électrique 2.
Le circuit d’alimentation électrique 1 met en œuvre un échange d’énergie électrique sans contact par couplage inductif entre le circuit primaire 4 et le circuit secondaire 6, pour la charge de l’unité de stockage d’énergie électrique 2.
Dans l’exemple considéré, le circuit primaire 4 comprend :
- deux bornes d’entrée 13 connectées à un convertisseur AC/DC 9 lui -même branché sur un réseau de tension 5,
- une unité de contrôle primaire 7p,
- un premier bras de commutation Bl, comprenant deux interrupteurs électroniques commandables 12 en série de part et d’autre d’un premier point milieu 14, les interrupteurs de ce premier bras étant commandés selon un premier rapport cyclique api par l’unité de contrôle primaire 7p,
- un deuxième bras de commutation B2, comprenant deux interrupteurs électroniques commandables 12 en série de part et d’autre d’un deuxième point milieu 15, les interrupteurs de ce deuxième bras étant commandés selon un deuxième rapport cyclique ap2 par l’unité de contrôle primaire 7p,
- une cellule inductive primaire 10 pour l'échange d'énergie sans contact constituée ici par une inductance, étant montée entre les premier 14 et deuxième 15 points milieux.
Comme représenté sur la figure 1 , les premier B 1 et deuxième B2 bras de commutation sont montés en parallèle.
Le réseau électrique 5 fournit par exemple une tension efficace nominale de 230V avec une fréquence de 50 Hz ou 60 Hz. Le réseau électrique 5 est ici monophasé, de sorte que la tension aux bornes du convertisseur AC/DC 9 est aussi monophasé.
Chaque bras de commutation B1 et B2 du circuit primaire 4 comprend ici deux interrupteurs électroniques commandables 12 montés en série, tels que des transistors MOS, IGBT ou bipolaires, ou des thyristors.
Le premier bras B1 comprend ainsi deux interrupteurs électroniques commandables 12 en série entre lesquels une première borne de la cellule inductive primaire 10 pour l'échange d'énergie sans contact est connectée.
Le deuxième bras B2 comprend ainsi deux interrupteurs électroniques commandables 12 en série entre lesquels une première borne de la cellule inductive primaire 10 pour l'échange d'énergie sans contact est connectée.
Les deux bras B1 et B2 sont montés en cascade avec le convertisseur AC/DC 9.
Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le circuit primaire 4 comprend un capteur de courant primaire 8p monté en série avec la cellule inductive primaire 10. Ce capteur de courant primaire 8p peut avantageusement envoyer une information sur le courant mesuré à l’unité de contrôle primaire 7p.
L'unité de contrôle primaire 7p est ici configurée pour agir sur les premier api et deuxième ap2 rapports cycliques de manière à ce que la tension entre les deux points milieux 14, 15 du circuit primaire 4 émule la présence d’une inductance et d’un condensateur montés en série avec la cellule inductive primaire 10.
La cellule inductive primaire 10 est ici constituée par une bobine permettant la génération d’énergie magnétique. Le contrôle des rapports cyclique par l'unité de contrôle primaire 7p permet d’émuler le comportement d’un condensateur, formant ainsi une cellule résonante. La bobine a par exemple une inductance comprise entre ImH à lOOmH et le condensateur dont le comportement est émulé par le contrôle des rapports cyclique par l’unité de contrôle primaire 7p a une capacité comprise entre lOOpF et lOOmF.
Comme représenté sur la figure 1, le circuit primaire comprend également une cellule de filtrage 11, qui filtre dans l’exemple considéré le bruit de mode commun et le bruit de mode différentiel.
Cette cellule de filtrage 11 comprend ici :
- deux inductances 17a, 17b en couplage magnétique, chaque inductance étant disposée en série entre un point milieu 14, 15 d’un bras de commutation et une borne de la cellule inductive 10,
- un premier condensateur 16 disposé en parallèle de la cellule inductive 10,
- un deuxième condensateur 18a disposé entre une première borne de la cellule inductive 10 et la terre,
- un troisième condensateur 18b disposé entre le capteur de courant primaire 8p et la terre.
Dans l’exemple considéré, la capacitance du premier condensateur 16 est inférieure ou égale à 1 mF et supérieure ou égale à 10 nF et ce condensateur est un condensateur de type X. Toujours dans cet exemple, la capacitance du deuxième condensateur 18a et celle du troisième condensateur 18b est inférieure ou égale à 1 mF et supérieure ou égale à 10 nF, et ces condensateurs sont de type Y.
Toujours dans cet exemple, les inductances 17a, 17b de la cellule de filtrage 11 ont par exemple chacune une valeur inférieure ou égale à 1 mH et supérieure ou égale à 100 nH.
On va maintenant décrire un exemple de circuit secondaire 6 en référence à la figure 1. Dans l’exemple considéré, le circuit secondaire 6 comprend :
- une cellule inductive secondaire 20 pour l'échange d'énergie sans contact constituée ici par une inductance,
- un convertisseur AC/DC 23 apte à réaliser une adaptation de l’impédance équivalente sur son entrée alternative (donc du côté de la cellule inductive secondaire 20), de manière à faire varier cette impédance indépendamment de l’impédance de l’unité de stockage d’énergie électrique 2, et
- une unité de contrôle secondaire 7s.
Comme représenté sur la figure 1, le convertisseur AC/DC 23 comprend :
- un premier bras de commutation B3, comprenant deux interrupteurs électroniques commandables 12 en série de part et d’autre d’un premier point milieu 14, les interrupteurs de ce premier bras étant commandés selon un premier rapport cyclique asl par l’unité de contrôle secondaire 7s,
- un deuxième bras de commutation B4, comprenant deux interrupteurs électroniques commandables 12 en série de part et d’autre d’un deuxième point milieu 15, les interrupteurs de ce deuxième bras étant commandés selon un deuxième rapport cyclique as2 par l’unité de contrôle secondaire 7s.
Comme illustré sur la figure 1, les premier B3 et deuxième B4 bras de commutation sont montés en parallèle et la cellule inductive secondaire 20 est montée entre les deux points milieux 14, 15 du convertisseur AC/DC 23.
Le convertisseur AC/DC 23 de la figure 1 est par exemple commandé comme suit par l’unité de contrôle secondaire 7s, pour réaliser l’adaptation d’impédance sur l’entrée alternative de ce convertisseur 23:
- l’un des deux bras B3 ou B4 commute à la fréquence de l’énergie échangée sans contact et avec un rapport cyclique de 50%, et
- l’autre des deux bras B3 ou B4 commute à une fréquence supérieure à celle de l’énergie échangée sans contact, par exemple au moins 5 fois ou 10 fois la fréquence de l’énergie échangée sans contact, et avec un rapport cyclique modulé selon le courant alternatif mesuré en sortie de la cellule inductive secondaire 20 et selon la tension aux bornes de l’entrée alternative du convertisseur AC/DC 23.
L’unité de contrôle secondaire 7s est configurée pour agir sur les premier et deuxième rapports cycliques de manière à ce que la tension entre le premier 14 et le deuxième 15 point milieu du circuit secondaire 6 émule la présence d’une inductance et d’un condensateur montés en série avec la cellule inductive secondaire 20.
Avantageusement, le circuit électrique selon l’invention permet d’obtenir par la commande des bras de commutation B1 à B4 un effet équivalent au circuit électrique illustré en figure 2, cet effet étant obtenu selon l’invention en l’absence des capacités Cp et Cs ainsi que des inductances Lp2 et Ls2 de la figure 2.
Dans le circuit représenté en figure 2, le circuit primaire 4 présente, entre ses deux points milieux 14 et 15, l’association en série d’une impédance primaire Zp et d’une cellule inductive primaire Lpl. L’impédance primaire Zp comprend ici en série une inductance Lp2 et une capacité Cp.
Dans le circuit représenté en figure 2, le circuit secondaire 6 présente, entre ses deux points milieux 14 et 15, l’association en série d’une impédance secondaire Zs et d’une cellule inductive secondaire Lsl. L’impédance secondaire Zs comprend ici en série une inductance Ls2 et une capacité Cs.
Le couplage entre les cellules inductives primaire et secondaire permet une transmission d’énergie électrique sans contact entre le circuit primaire et secondaire. Avantageusement, le circuit électrique selon l’invention, comme par exemple représenté en figure 1, permet à l’aide des bras de commutation déjà présents dans le circuit selon l’art antérieur d’émuler :
- la présence de l’impédance primaire Zp en série avec la cellule inductive primaire 10 coté circuit primaire, et
- la présence de l’impédance secondaire Zs en série avec la cellule inductive secondaire 20 coté circuit secondaire, sans avoir physiquement les composants des impédances primaire et secondaire.
En raison de la tension (apl-ap2)*Vdc, avec Vdc la tension entre les deux bornes d’entrée 13 du circuit primaire, l’unité de contrôle primaire 7p permet d’émuler la présence entre le premier 14 et le deuxième 15 point milieu des bras de commutation B1 et B2 d’une inductance et d’un condensateur en série avec la cellule inductive primaire 10.
Conformément à ce qui précède, entre le premier 14 et le deuxième 15 point milieu des bras de commutation B1 et B2 du circuit primaire 4 est présent un montage comprenant en série : la cellule inductive primaire 10, le capteur de courant 8p et les deux inductances 17a et 17b couplées de la cellule de filtrage 11, ces dernières encadrant la cellule inductive primaire 10 et le capteur de courant 8p. Ce montage comprend également en série avec les composants précités l’inductance émulée et le condensateur émulé, bien que ces composants émulés ne soient pas visibles sur la figure 1.
De plus, avec (asl - as2)*Vbatt, avec Vbatt la tension aux bornes de l’unité de stockage de l’énergie électrique 2, il est possible d’émuler la présence entre le premier 14 et le deuxième 15 point milieu des bras de commutation B3 et B4 d’un condensateur et d’une inductance en série avec la cellule inductive secondaire 20.
Conformément à ce qui précède, entre le premier 14 et le deuxième 15 point milieu des bras de commutation B3 et B4 du circuit secondaire 6 est présent un montage comprenant en série : la cellule inductive secondaire 20, le capteur de courant 8s et les deux inductances 24a et 24b couplées de la cellule de filtrage 21, ces dernières encadrant la cellule inductive primaire 20 et le capteur de courant 8s. Ce montage comprend également en série avec les composants précités l’inductance émulée et le condensateur émulé, bien que ces composants émulés ne soient pas visibles sur la figure 1.
Avantageusement, les bobines physiques dans les cellules inductives sont déterminées de sorte à maximiser la valeur d'inductance couplée puisque les parties non couplées de ces inductances pouvant être utilisée dans la résonance est émulée par les unités de contrôle des circuits primaire et secondaire.
L’invention a été décrite ci-dessus avec l’aide de modes de réalisations présentés sur la figure, sans limitation du concept inventif général.
Bien d’autres modifications et variations se suggèrent d’elles-mêmes à l’homme du métier, après réflexion sur les différents modes de réalisations illustrés dans cette demande.
Ces modes de réalisation sont donnés à titre d’exemple et ne sont pas destinés à limiter la portée de l’invention, qui est déterminée exclusivement par les revendications ci- dessous.
Dans les revendications, le mot « comprenant » n’exclut pas d’autres éléments ou étapes, et l’utilisation de l’article indéfini « un » ou « une » n’exclut pas une pluralité.
Le simple fait que différentes caractéristiques sont énumérées en revendications mutuellement dépendantes n’indique pas qu’une combinaison de ces caractéristiques ne puisse être avantageusement utilisée. Enfin, toute référence utilisée dans les revendications ne doit pas être interprétée comme une limitation de la portée de l’invention.
Claims
1. Circuit électrique (4, 6) comprenant : deux bornes d’entrée aptes à être connectées à une tension continue,
- une unité de contrôle (7p, 7s)
- un premier bras de commutation (Bl, B3), comprenant deux interrupteurs électroniques commandables (12) en série de part et d’autre d’un premier point milieu (14), les interrupteurs de ce premier bras étant commandés selon un premier rapport cyclique par l’unité de contrôle
- un deuxième bras de commutation (B2, B4), comprenant deux interrupteurs électroniques commandables (12) en série de part et d’autre d’un deuxième point milieu (15), les interrupteurs de ce deuxième bras étant commandés selon un deuxième rapport cyclique par l’unité de contrôle,
- une cellule inductive (10, 20) pour l'échange d'énergie sans contact constituée par une inductance, la cellule inductive (10, 20) étant montée entre les premier et deuxième points milieux (14, 15), les premier (Bl, B3) et deuxième (B2, B4) bras étant montés en parallèle, l'unité de contrôle (7p, 7s) étant configurée pour agir sur les premier et deuxième rapport cyclique de manière à ce que la tension entre les premier et deuxième points milieux (14, 15) émule la présence d’une inductance et d’un condensateur montés en série avec la cellule inductive (10, 20), dans lequel le circuit comprend une cellule de filtrage (11, 21) du bruit de mode commun et/ou du bruit de mode différentiel, cette cellule comprenant : deux inductances en couplage magnétique (17a, 17b, 24a, 24b), chaque inductance étant disposée en série entre un point milieu (14, 15) d’un bras de commutation et une borne de la cellule inductive (10, 20), et l’un au moins d’un condensateur (16, 26) disposé en parallèle de la cellule inductive et d’un condensateur (18a, 18b, 28a, 28b) disposé entre une borne de la cellule inductive et la terre.
2. Circuit électrique selon la revendication 1, dans lequel la cellule de filtrage (11, 21) est une cellule de filtrage du bruit de mode commun et du bruit de mode différentiel, la cellule comprenant: un premier condensateur (16, 26) disposé en parallèle de la cellule inductive (10, 20),
un deuxième condensateur (18a, 28a) disposé entre une première borne de la cellule inductive et la terre, et un troisième condensateur (18b, 28b) disposé entre une deuxième borne de la cellule inductive et la terre.
3. Circuit électrique selon la revendication 2, dans lequel la capacitance du premier condensateur (16) est inférieure ou égale à 1 mF et supérieure ou égale à 10 nF.
4. Circuit électrique selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel la capacitance du deuxième condensateur (18a, 28a) et/ou du troisième condensateur (18b, 28b) est inférieure ou égale à 1 mF et supérieure ou égale à 10 nF.
5. Circuit électrique selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le premier condensateur (16, 26) est de type X et dans lequel le deuxième (18a, 28a) et le troisième (18b, 28b) condensateur sont des condensateurs de type Y.
6. Circuit électrique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chacune des inductances (17a, 17b, 24a, 24b) de la cellule de filtrage (11, 21) a une valeur inférieure ou égale à 1 mH et supérieure ou égale à 100 nH.
7. Circuit électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les deux bornes d’entrée (13) sont connectées à un réseau de tension (5) via un convertisseur AC/DC.
8 Circuit électrique selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les deux bornes d’entrée (13) sont connectées à une unité de stockage d’énergie électrique (2).
9. Circuit électrique selon la revendication 8, dans lequel les deux bras de commutation définissent un convertisseur DC/AC permettant une adaptation d’impédance sur l’entrée alternative de ce convertisseur DC/AC indépendamment de l’impédance de l’unité de stockage d’énergie électrique (2), l’un du premier et du deuxième bras de commutation commutant à la fréquence de l’énergie échangée sans contact, et l’autre du premier et du deuxième bras commutant à une fréquence supérieure ou égale à 5 fois ou à 10 fois la fréquence de l’énergie échangée sans contact.
10. Circuit d’alimentation électrique d'une unité de stockage d'énergie électrique (2), comprenant :
- un premier circuit selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dit « circuit primaire (4) »,
- un deuxième circuit selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 ou 8 ou 9, dit « circuit secondaire (6) »,
les unités de contrôle du circuit primaire et du circuit secondaire étant configurées pour agir sur les premier et deuxième rapports cycliques de chaque circuit de manière à ce que :
- la tension entre les premier (14) et deuxième (15) points milieux du circuit primaire
(4) émule la présence d’une inductance et d’un condensateur montés en série avec la cellule inductive (10) du circuit primaire (4), et
- la tension entre les premier (14) et deuxième (15) points milieux du circuit secondaire (6) émule la présence d’une inductance et d’un condensateur montés en série avec la cellule inductive (20) du circuit secondaire (6), la cellule inductive (10) du circuit primaire (4) et la cellule inductive (20) du circuit secondaire (6) étant configurées de manière à échanger sans contact par couplage inductif de l’énergie électrique.
11. Dispositif pour l’alimentation électrique d’une unité de stockage d’énergie électrique (2), comprenant :
- une borne de charge pour véhicule hybride ou électrique, dans laquelle est disposé ou à laquelle est connectée le circuit primaire du circuit électrique selon la revendication 10, et
- un composant apte à être embarqué dans un véhicule hybride ou électrique, dans lequel est disposé le circuit secondaire du circuit électrique selon la revendication 10.
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