FR2744574A1

FR2744574A1 - Procede et dispositif pour charger une batterie alimentant un moteur electrique sous la commande du microprocesseur de la commande impulsionnelle

Info

Publication number: FR2744574A1
Application number: FR9703106A
Authority: FR
Inventors: Jocelyn Francois; Harald Konrad; Pierre Maller; Soumya Massaq
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1997-08-08
Also published as: FR2738964A1; DE19534174A1; FR2738964B1

Abstract

Procédé de charge d'une batterie alimentant un moteur électrique se chargeant à l'aide d'une tension d'alimentation. En mode de charge, la batterie (5) est chargée selon une courbe de charge prédéterminée par le microprocesseur de la commande impulsionnelle.

Description

L'invention concerne un procédé et un dispositif de charge d'une batterie

alimentant un moteur électrique, cette

batterie se chargeant à l'aide d'une tension d'alimentation.

La commande impulsionnelle d'un moteur électrique utilise fréquemment un microprocesseur. Le chargeur correspon- dant comprend une source de courant continu et généralement un élément LC pour lisser la tension d'alimentation. De plus, des moyens peuvent être prévus pour prédéterminer une courbe de

charge avec des capteurs d'intensité et de tension.

De nombreux véhicules électriques en particulier dans les chariots de levage et les empileurs servant à préparer des commandes, sont équipés de manière définitive, de chargeurs

pour charger la batterie de traction du véhicule. Les compo-

sants de base d'un tel chargeur comprennent par exemple un transformateur pour réduire la tension du réseau à la tension

d'alimentation souhaitée pour le chargement de la batterie ain-

si que pour assurer le découplage galvanique, un redresseur pour redresser la tension du réseau, transformée, un circuit électronique de puissance avec une unité de commande et des capteurs (capteurs d'intensité et de tension) pour réguler le transfert d'énergie vers la batterie selon une courbe de charge prédéterminée et enfin un élément LC comprenant un condensateur et une self pour lisser la tension d'alimentation adressée. Il existe également des chargeurs qui n'ont ni transformateur, ni

redresseur, mais utilisent une autre source de tension conti-

nue, par exemple une partie de réseau commuté.

Pour charger la batterie du moteur électrique, on la sépare du circuit électrique de la commande du moteur et on la relie au chargeur lui-même raccordé à une source de tension externe. Le chargeur peut être soit à demeure dans le véhicule,

soit externe.

Les chargeurs embarqués dans le véhicule entraînent

une augmentation du coût mais offrent l'avantage d'être accor-

dés sur un type particulier de véhicule.

La présente invention a ainsi pour but de dévelop-

per un chargeur embarqué dans un véhicule, avec un minimum de moyens pour la fonction de charge, présentant une plus grande

fiabilité et permettant une économie considérable de frais.

Ce problème peut être résolu en ce qu'en mode de

charge la batterie est chargée selon une courbe de charge pré-

définie par le microprocesseur de la commande impulsionnelle.

Si la charge doit se faire selon une courbe de charge et que le moteur électrique est précédé par une commande impulsionnelle

utilisant un microprocesseur, selon l'invention, le micropro-

cesseur de la commande impulsionnelle du moteur électrique est le moyen pour prédéterminer la courbe de charge en mode de charge.

Ainsi, la caractéristique de l'invention est d'uti-

liser le microprocesseur de la commande impulsionnelle pour

prédéterminer en mode de charge, la courbe de charge de la bat-

terie. Les composants correspondants du chargeur séparé, ins-

tallés jusqu'alors à demeure, sont supprimés et le chargeur est

intégré au système déjà existant.

Par une réalisation correspondante de la commande

du moteur, il est particulièrement avantageux d'utiliser le mi-

croprocesseur de la commande impulsionnelle pour prédéterminer

la courbe de charge et la bobine d'excitation du moteur élec-

trique comme l'inductance de l'élément LC pour lisser la ten-

sion d'alimentation redressée.

De nombreuses commandes impulsionnelles travaillent à des fréquences élevées par exemple 16 kHz; pour de faibles longueurs des lignes électriques et les inductances qu'elles présentent ainsi que les courants commutés à haute fréquence, on rencontre des pointes de tension qui risquent de détruire

les transistors de la commande impulsionnelle. De telles com-

mandes impulsionnelles contiennent pour cette raison un ou plu-

sieurs condensateurs d'appui montés par rapport au transistor

pour le protéger contre les pointes de tension pendant la cir-

culation. Une réalisation particulièrement avantageuse de

l'invention est caractérisée en ce que l'on utilise un ou plu-

sieurs condensateurs de soutien comme capacité pour l'élément

LC, servant à lisser la tension d'alimentation redressée. Sui-

vant la réalisation de la commande du moteur électrique, cette conception peut être combinée aux solutions précédentes. Les solutions selon l'invention pour le problème posé ci-dessus

peuvent également être réalisées indépendamment.

L'invention peut également s'utiliser pour charger des batteries alimentant plusieurs moteurs électriques branchés en parallèle ou en série. Le nombre des bobines d'excitation des moteurs électriques qu'il faut ajouter comme inductances et le nombre des condensateurs de soutien branchés en plus comme

capacités dans l'élément LC pour lisser la tension d'alimenta-

tion redressée s'adaptent dans chaque cas.

Dans le cas le plus favorable, le chargement selon

l'invention de la batterie alimentant le ou les moteurs élec-

triques se fait de la manière suivante:

La source de courant continu, par exemple un trans-

formateur suivi d'un redresseur est branchée sur une source de tension alternative externe. La tension d'alimentation, fournie

par la source de courant continu, est lissée par les condensa-

teurs de soutien de la commande impulsionnelle et la bobine d'excitation du moteur électrique et de l'enroulement d'induit du moteur coupé du circuit électrique pour être appliquée à la

batterie. La batterie se coupe par exemple de la commande du moteur par un connecteur pour être reliée à la tension d'ali-

mentation obtenue selon l'invention. Lorsque le moteur électri- que est coupé, les contacteurs électromagnétiques directionnels du moteur sont neutralisés et aucun courant ne traverse l'en-25 roulement de l'induit. En pratique, il est important que cette neutralisation des contacteurs électromagnétiques directionnels

reste maintenue correctement pendant toute la phase de charge.

Dans le cas contraire, des courants intenses pourraient passer dans le moteur et mettre celui-ci en mouvement, ou générer des pertes de puissance élevées sous la forme de chaleur. C'est

pourquoi lorsqu'on charge la batterie, il faut couper les li-

gnes de commande des contacteurs électromagnétiques direction-

nels du moteur pour que pendant toute la phase de charge, on soit garanti d'un état défini. Cela se réalise par exemple en

branchant le connecteur de la batterie qui, en circulation, re-

lié à la batterie, possède un contact auxiliaire fermant la commande des contacteurs électromagnétiques directionnels du

moteur électrique. En mode de charge, à la place de ce connec-

teur, on utilise un autre connecteur de batterie qui coupe le

circuit de commande des contacteurs électromagnétiques direc-

tionnels. Si la source de courant continu, destinée à charger la batterie comprend un transformateur suivi d'un redresseur, il est avantageux que le connecteur de batterie utilisé pendant la phase de charge pour appliquer la tension d'alimentation,

comporte un contact auxiliaire fermant le secondaire du trans-

formateur en phase de charge. Inversement, cela garantit que le

transformateur n'est pas branché pendant le mode de circula-

tion. Une autre possibilité pour commuter entre le mode de circulation et le mode de charge consiste à utiliser des

contacteurs électromagnétiques qui, relient d'une part la bat-

terie à la commande du moteur électrique et d'autre part à la

liaison avec le chargeur; la commutation appropriée des con-

tacteurs électromagnétiques définit alors soit le mode de cir-

culation, soit celui de charge.

Un exemple de réalisation de l'invention sera dé-

crit ci-après à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre schématiquement les composants principaux d'une unité d'entraînement d'un moteur électrique alimenté par une tension continue d'une batterie pour le mode de circulation, - la figure 2 montre schématiquement un dispositif

selon la figure 1 commuté pour charger la batterie selon l'in-

vention, - la figure 3 montre un dispositif analogue à celui

de la figure 1 avec des réalisations avantageuses selon l'in-

vention.

Selon la figure 1, le moteur électrique est en mode de circulation (fonctionnement) pour lequel les contacteurs électromagnétiques directionnels 2 sont fermés en diagonale. La

bobine d'excitation 3 du moteur électrique est branchée en sé-

rie sur l'induit. L'unité de commande 4 de l'électronique de déplacement comprend principalement la commande impulsionnelle

du moteur électrique qui peut être réalisée en technique analo-

gique ou avec un microprocesseur. L'unité de commande 4 peut

également comporter des moyens de détection pour mesurer l'in-

tensité du courant et la tension. La batterie 5 est reliée par un connecteur de batterie 6 pour le mode de circulation à l'unité de commande 4. De plus, la figure 1 montre un composant intégré selon l'invention au véhicule, à savoir la source de tension continue nécessaire pour charger la batterie. La source de tension continue, se compose ici d'un transformateur 7 suivi d'un redresseur 8. Le transformateur 7 peut être branché sur une source de tension externe 9. En mode de charge, la batterie est reliée au collecteur de batterie 10 comme cela sera décrit ci-après. En mode de circulation, la batterie 5 alimente l'unité de commande 4 avec une tension continue de 24 volts;

cette tension continue est transformée par la commande impul-

sionnelle à l'aide d'un transistor, en un signal PWM à haute fréquence (signal à largeur d'impulsion modulée); ce signal produit l'excitation de la bobine d'excitation 3 et la mise en

oeuvre de l'induit du moteur électrique 1. En mode de circula-

tion, le transformateur 7 et le redresseur 8 n'ont pas d'in-

fluence sur le circuit de commande du moteur. Selon

l'invention, dans cet exemple, il s'agit des deux seuls compo-

sants nécessaires en plus pour charger la batterie 5. L'embar-

quement du chargeur complet devient de ce fait inutile.

La figure 2 montre le mode de charge selon l'inven-

tion. Les différents composants correspondent à ceux de la fi-

gure 1; la seule différence est que la batterie 5 est maintenant reliée au connecteur de batterie 10. L'enroulement d'excitation du moteur 1 est coupé du circuit électrique par la

neutralisation des contacteurs électromagnétiques 2 direction-

nels. Le transformateur 7 est relié à une source de tension ex-

terne 9 (230 volts, 50 Hz) et dans ce secondaire, il crée une

tension alternative de faible amplitude redressée par le re-

dresseur 8. Cette tension redressée est en suite lissée pour servir de tension d'alimentation chargeant la batterie 5. Il

convient de remarquer qu'à la place du transformateur 7, du re-

dresseur 8 et de l'éventuel élément LC pour lisser, on pourrait également utiliser une autre source de courant continu par exemple une partie d'un réseau de commutation fournissant la

tension d'alimentation nécessaire à la batterie 5.

Selon la figure 2, le lissage de la tension d'ali- mentation redressée est assuré par un composant LC dont l'in-

ductance est uniquement constituée par la bobine d'excitation 3 du moteur électrique 1. Dans ce cas, la capacité du composant

LC est intégrée à l'unité de commande 4 et n'est pas représen-

tée. Selon l'invention, on charge la batterie 5 en mode

de charge selon une courbe de charge prédéterminée pour un mi-

croprocesseur; un tel.microprocesseur existe dans une commande impulsionnelle. Le microprocesseur est préprogrammé pour le mode de charge, pour qu'à l'aide de capteurs d'intensité et de

tension intégrés à l'unité de commande 4, il exécute une cer-

taine courbe de charge. La courbe de charge sert à charger ef-

ficacement la batterie 5, en général tout d'abord avec une

intensité constante, puis à puissance constante, enfin à ten-

sion constante et finalement de nouveau à intensité constante.

Les valeurs d'intensité, de tension et de puissance peuvent être mesurées par les capteurs d'intensité et de tension, être

calculées et servir de paramètres pour la courbe de charge pro-

grammée dans le microprocesseur.

La figure 3 montre une réalisation correspondant à

celle de la figure 1 avec plus de détail pour la partie 4.

Comme composant de l'unité de commande 4, on a représenté sché-

matiquement les éléments principaux à savoir la diode de roue libre 11 de l'induit du moteur électrique 1, la diode de roue libre 12 de la bobine d'excitation 3, l'unité 15 comprenant un

microprocesseur qui assure la commande impulsionnelle du tran-

sistor 14 ainsi qu'un condensateur de soutien 13 qui protège principalement le transistor 14 de la commande impulsionnelle contre les pointes de tension. Les capteurs d'intensité et de

tension ne sont pas représentés, c'est-à-dire les moyens de dé-

tection déterminant les données propres nécessaires au mode de

charge pour la courbe de charge de calcul de microprocesseur.

En mode de circulation, la batterie 5 (24 volts) est reliée par le connecteur de batterie 6 au circuit du moteur et à l'unité de commande; le moteur électrique 1 fonctionne

usuellement avec une commande impulsionnelle. De manière avan-

tageuse, le connecteur.de batterie 6 comporte un contact auxi-

liaire 16 qui libère la commande des contacteurs électroma-

gnétiques directionnels 2 par les bobines électromagnétiques 17. Si par contre la batterie est reliée au connecteur

de batterie 10 en mode de charge, les contacteurs électromagné-

tiques directionnels sont coupés du circuit électrique du mo-

teur. Par contre, le contact auxiliaire 18 du circuit secondaire du transformateur 7 est alors fermé. Les contacts auxiliaires 16 et 17 garantissent que le mode de charge et le

mode de circulation correspondent à des états définis de ma-

nière précise et dont l'un exclu l'autre.

Le chargement selon l'invention de la batterie as-

sure les fonctions de nombreux composants d'un chargeur de bat-

terie, séparés comme jusqu'alors par des éléments qui existent

déjà dans la commande du moteur. Cela permet une économie jus-

qu'à 50 % par rapport aux chargeurs usuels.

Le microprocesseur et les moyens de détection exis-

tant pour mesurer l'intensité et la tension d'alimentation dans l'unité de commande permettent de programmer n'importe quelle courbe de charge. Cette réalisation de la fonction de charge

est économique et très fiable.

Claims

R E V E N D I C A T IONS

1 ) Procédé de charge d'une batterie alimentant un moteur élec-

trique chargée par une tension d'alimentation, selon lequel la commande impulsionnelle du moteur électrique coopère en mode de circulation avec un microprocesseur, caractérisé en ce que en mode de charge, la batterie (5) est chargée selon une courbe de charge prédéterminée par le microprocesseur de la commande impulsionnelle. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension d'alimentation est lissée à l'aide d'un élément LC

comportant comme inductance, la bobine d'excitation (3) du mo-

teur électrique (1), puis cette tension est appliquée à la bat-

terie (5).

3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2,

selon lequel la commande impulsionnelle du moteur électrique comporte un ou plusieurs condensateurs de soutien qui protègent

le transistor de la commande impulsionnelle en mode de circula-

tion contre les pointes de tension, caractérisé en ce que la tension d'alimentation de la batterie (5) en mode de charge

est lissée à l'aide d'un élément LC comportant comme capacité un ou plusieurs condensateurs de soutien (13).

4 ) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que

pour charger la batterie (5), les lignes de commande des con-

tacteurs électromagnétiques directionnels (2) du moteur élec-

trique (1) sont coupées.

) Dispositif pour charger une batterie alimentant un moteur électrique à l'aide d'une tension d'alimentation, comprenant une source de courant continu, un capteur d'intensité et de tension et des moyens pour prédéterminer une courbe de charge,

le moteur électrique étant commandé par une commande impulsion-

nelle munie d'un microprocesseur, caractérisé en ce que le microprocesseur de la commande impulsionnelle du moteur électrique (1) est le moyen qui prédétermine la courbe de charge. 6 ) Dispositif selon la revendication 5 comportant un élément LC pour lisser la tension d'alimentation, caractérisé en ce que l'élément LC comporte comme inductance la bobine d'excitation

(3) du moteur électrique (1).

7 ) Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, dans le-

quel la commande impulsionnelle du moteur électrique comporte

un ou plusieurs condensateurs de soutien qui protègent le tran-

sistor de la commande impulsionnelle contre les pointes de ten-

sion, caractérisé en ce que l'élément LC comporte comme capacité le ou les condensateurs de

soutien (13).

8 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7,

caractérisé en ce que la source de courant continu comprend un transformateur (7) et

un redresseur (8).

9 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que

le chargeur comporte un connecteur de batterie (10) pour four-

nir la tension d'alimentation, ce connecteur ayant un contact

auxiliaire (18) qui ferme le circuit secondaire du transforma-

teur (7) en mode de charge.

10 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à

9, caractérisé en ce que en mode de circulation, la batterie (5) comporte un connecteur de batterie (6) ayant un contact auxiliaire (16) qui branche électriquement la commande des contacteurs électromagnétiques

directionnels (2) du moteur électrique.

11 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à

8, caractérisé en ce que pour la protection, la batterie (5) est reliée d'une part à la commande du moteur électrique et d'autre part au chargeur, la position du contacteur électromagnétique fixant soit le mode de

circulation, soit le mode de charge.