FR2942678A1

FR2942678A1 - Dispositif d'elevation temporaire de tension electrique pour organe automobile

Info

Publication number: FR2942678A1
Application number: FR0951296A
Authority: FR
Inventors: Stephane Carubelli; Mehdi Besseghair
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2010-09-03
Anticipated expiration: 2029-03-02
Also published as: FR2942678B1

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'élévation temporaire de tension électrique pour organe de forte puissance destiné à un réseau de bord électrique de véhicule. Le dispositif comporte un élément de stockage d'énergie électrique rechargeable et un commutateur de courant de charge monté en série avec l'élément de stockage d'énergie électrique rechargeable. Le commutateur de courant de charge permettant la circulation d'un courant de charge lorsqu'il est actionné et évitant la circulation d'un tel courant lorsqu'il est au repos, le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande qui actionnent de manière pulsée le commutateur de courant de charge.

Description

DISPOSITIF D'ELEVATION TEMPORAIRE DE TENSION ELECTRIQUE POUR ORGANE AUTOMOBILE.

L'invention concerne un dispositif d'élévation 5 temporaire de tension électrique pour organe automobile de forte puissance. L'organe de forte puissance peut être, par exemple, un organe électrique de type Liaison Au Sol dont il faut augmenter temporairement la tension électrique aux 10 bornes dans certaines phases de vie critiques, telles que la fin de braquage d'une direction assistée électrique (DAE) ou d'une direction assistée électro-hydraulique (DAEH). Dans cette phase, il faut également préserver la qualité du réseau de bord automobile et les autres 15 organes électriques consommateurs associés. A la figure 1, est représenté le dispositif d'élévation temporaire de tension pour organe de forte puissance qui est décrit dans la demande de brevet français N° FR2911732 déposée par le présent demandeur. 20 Ce dispositif se positionne en série et au plus près de l'organe de forte puissance pour lequel une élévation temporaire de la tension électrique U2 à ses bornes est nécessaire. Ce dispositif comporte un commutateur K1, dit de suralimentation, qui est associé à une diode D et 25 piloté par un moyen de commande Cl, et un élément SC de stockage d'énergie électrique rechargeable de type condensateur de grande valeur capacitive. Lorsque la tension U1 est inférieure à une valeur minimale Ulmin, le commutateur K1 est actionné pour se 30 trouver dans une position 1, la diode D est bloquée et l'organe de forte puissance est alors alimenté pendant de courtes périodes de temps par une tension électrique égale à la somme de la tension de réseau de bord U1 et de la tension aux bornes de l'élément de stockage USC. 35 Lorsque la tension U1 est supérieure à cette valeur minimale Ulmin, le commutateur K1 est au repos, position 2 telle que illustrée à la figure 1, la diode D est passante et l'organe de forte puissance est alors directement alimenté par la tension électrique U1 de réseau de bord. Le dispositif comporte également un autre commutateur K2, dit de courant de charge, qui est commandé par un autre moyen de commande C2. Selon un mode de réalisation de la demande française citée, le commutateur K2 est un transistor fonctionnant en mode linéaire et le moyen de commande C2 est un circuit monté en série entre la base et le collecteur de ce transistor. Ce circuit est formé d'une diode zéner Dz1, d'une résistance R1 et d'une inductance L1. Lorsque le commutateur de suralimentation K1 est au repos et que l'élément SC est déchargé, la tension inverse de la diode Zéner Dz1 est supérieure à sa tension de claquage et le transistor K2 est alors actionné, en l'occurrence fermé, provoquant la circulation d'un courant de charge ISC dans l'élément SC. Le niveau du courant de charge ISC est alors régulé par la résistance R1 tandis que sa dynamique est réglée par l'inductance L1. Lorsque l'élément SC est chargé, la tension inverse de la diode Zéner Dz1 est inférieure à sa tension de claquage et le transistor K2 est au repos, en l'occurrence ouvert, interrompant ainsi la circulation du courant de charge ISC dans l'élément SC. Bien que ce dispositif procure une solution simple à mettre en oeuvre et peu coûteuse en terme financier du fait de l'utilisation de composants essentiellement passifs, ce dispositif présente l'inconvénient que l'élément SC, qui est chargé (rechargé) par un courant de valeur faible, est piloté par le transistor K2 qui fonctionne en mode linéaire ce qui implique des pertes par conduction importantes dans le transistor K2 et un temps de recharge de l'élément SC relativement long.

Le brevet US 6,987,371 décrit un système d'élévation temporaire de la tension aux bornes d'un moteur électrique qui convertit une tension donnée par une source en une tension à appliquer aux bornes du moteur. Cette tension est soit égale à celle de la source, soit égale à celle aux bornes d'un condensateur préalablement chargé. Pour cela, le condensateur est monté en parallèle avec un transistor MOSFET dont la base est pilotée par un micro-contrôleur. Lors de la charge (recharge) du condensateur, le transistor est actionné par des impulsions issues du micro-contrôleur. Ainsi, lorsque ce transistor est actionné, aucun courant ne circule dans le condensateur et lorsque le transistor n'est pas actionné, un courant circule dans le condensateur. L'utilisation d'un micro-contrôleur pour piloter le transistor induit un surcoût financier important comparé au dispositif de la demande française n° FR2911732. La demande de brevet US 2004/0136212 décrit un système d'élévation de la tension aux bornes d'un organe de puissance qui comporte plusieurs étages de condensateurs, un ensemble de transistors MOFSET et un oscillateur. Initialement, le condensateur de chaque étage est chargé. Puis, lorsque la tension aux bornes d'un organe de forte puissance doit être élevée, l'oscillateur est déclenché pour générer un ensemble d'impulsions. Chaque impulsion commande alors des transistors MOFSET de l'ensemble pour que la charge d'un condensateur d'un étage soit transférée dans un condensateur de l'étage suivant. Ainsi, séquentiellement, la charge des condensateurs augmente au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'étage de sortie, et la tension de sortie du dernier étage est alors appliquée aux bornes de l'organe de forte puissance. Ainsi, lorsque la tension aux bornes de l'organe de puissance doit être élevée, l'oscillateur est activé et le transfert de charge entre condensateurs est réalisé pour obtenir une tension aux bornes de l'organe de forte puissance égale à la tension aux bornes du condensateur du dernier étage.

L'utilisation de plusieurs étages de condensateurs qui implique l'utilisation de multiples transistors pilotés par un oscillateur induit un surcoût financier important comparé au dispositif de la demande française N° FR2911732. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant un dispositif qui ne requiert l'usage que des composants à faible coût, une mise en oeuvre simple, et qui permet un temps de charge des éléments de stockage relativement courts par rapport à celui obtenu par le dispositif de la figure 1. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif d'élévation temporaire de tension électrique pour organe de forte puissance destiné à un réseau de bord électrique de véhicule qui comporte un ou plusieurs éléments de stockage d'énergie électrique rechargeable et un commutateur de courant de charge monté en série avec le ou les éléments de stockage d'énergie électrique rechargeable. Le commutateur de courant de charge permettant la circulation d'un courant de charge lorsqu'il est actionné et évitant la circulation d'un tel courant lorsqu'il est au repos, le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande qui actionnent de manière pulsée le commutateur de courant de charge. Ainsi, le courant de charge est de valeur importante, ce qui diminue le temps de recharge du ou des éléments de stockage, et circule pendant des temps courts dans le commutateur de courant de charge, ce qui limite les pertes par conduction dans ce commutateur. Selon un mode de réalisation, les moyens de commande comportent un oscillateur qui actionne le commutateur de courant de charge selon une succession d'impulsions de rapport cyclique donné, chaque impulsion actionne le commutateur de courant de charge qui est au repos pendant chaque intervalle de temps qui sépare deux impulsions successives.

Selon un mode de réalisation, le rapport cyclique est déterminé pour que le courant de charge moyen supportable par le commutateur de courant de charge soit maximal.

Selon un autre mode de réalisation, les moyens de commande règlent le rapport cyclique pour que la tension aux bornes de l'élément de stockage suive une croissance linéaire. La croissance linéaire de la tension aux bornes de l'élément de stockage implique que le courant de charge est constant, ce qui permet une réduction du temps de charge (ou recharge) de l'élément de stockage. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de commande règlent le rapport cyclique pour que la température du commutateur de courant de charge oscille autour d'une température de consigne. Il est avantageux que la température de consigne soit égale à la température maximale du commutateur de courant de charge pour profiter pleinement de ses caractéristiques intrinsèques, et réduire alors au maximum le temps de charge ou recharge de l'élément de stockage. Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte un commutateur de suralimentation et une diode agencés selon la figure 1. Les moyens de commande sont alors également prévus, d'une part, pour actionner le commutateur de suralimentation lorsque la tension de réseau de bord est inférieure à une valeur minimale prédéterminée et la tension aux bornes du ou des éléments de stockage est supérieure à une valeur minimale prédéterminée, et, d'autre part, pour actionner le commutateur de courant de charge lorsque le commutateur de suralimentation est au repos et que la tension aux bornes du ou des éléments de stockage est inférieure à une valeur maximale prédéterminée. De tels moyens de commande évitent que des dysfonctionnements du dispositif surviennent en interdisant que le commutateur de courant de charge et le commutateur de suralimentation ne soient simultanément actionnés. Selon une autre caractéristique du dispositif, le 5 dispositif comporte une résistance montée en série avec le commutateur de courant de charge. Cette résistance permet de limiter le courant de charge à une valeur maximale. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, 10 caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, illustrant un mode de réalisation de 15 l'invention et dans lesquels :

- la figure 1 représente un dispositif d'élévation de tension électrique pour organe automobile de forte puissance de l'état de la technique, et - la figure 2 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif d'élévation de tension électrique pour organe automobile de forte puissance selon l'invention.

25 On a représenté sur la figure 2 le schéma électrique synoptique d'un exemple de réalisation du dispositif d'élévation temporaire de tension pour organe automobile de forte puissance selon l'invention.

30 Les références des éléments de la figure 2 qui sont identiques aux références des éléments de la figure 1 désignent les mêmes éléments. Le dispositif comporte des moyens de commande C qui actionnent, d'une part, le commutateur de suralimentation 35 K1 et, d'autre part, le commutateur de courant de charge K2. Par exemple, chacun des commutateurs est un transistor MOSFET.

20 Les moyens de commande C comportent deux comparateurs à hystérésis COMP1 et COMP2 et deux éléments logiques de type porte ET. Le comparateur COMP1 est utilisé pour comparer la tension U1 par rapport à une valeur minimale Ulmin et une valeur maximale Ulmax, et le comparateur COMP2 est utilisé pour comparer la tension USC par rapport à une valeur minimale USCmin et une valeur maximale USCmax. Les éléments logiques sont alors agencés avec les comparateurs COMP1 et COMP2 de manière à mettre en oeuvre la logique de commande suivante: Si U1 < Ulmin et si USC > USCmin alors le commutateur K1 est actionné, en l'occurrence fermé. La diode D se bloque, U2=U1+USC et I2=I1=ISC. En fixant USCmin à une valeur positive, la tension USC reste positive ce qui évite une diminution de la tension U2 qui irait à l'encontre de l'effet recherché qui est d'élever la tension U2. Si USC < USCmax et si le commutateur K1 est au repos, en l'occurrence ouvert tel que illustré à la figure 1, le commutateur K2 est actionné, en l'occurrence fermé. La diode D est passante, U2=U1 et I2=I1-ISC. Ainsi, les commutateurs K1 et K2 ne sont jamais actionnés simultanément, évitant tout dysfonctionnement du dispositif. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte une résistance R montée en série avec l'élément SC. La valeur de cette résistance R est déterminée pour limiter la valeur maximale du courant de charge ISC. Lorsque le commutateur K2 doit être actionné, les moyens de commande C actionnent de manière pulsée le commutateur K2. Pour cela, les moyens de commande C comportent un oscillateur OSC qui actionne le commutateur de charge K2 selon une succession d'impulsions de rapport cyclique donné. Les impulsions, par exemple de forme rectangulaire, sont séparées deux à deux par un intervalle de temps et le rapport cyclique est défini comme le rapport de la durée d'impulsion sur la durée totale d'un cycle (impulsion suivie d'un intervalle de temps). Chaque impulsion actionne le commutateur K2, en l'occurrence qui se ferme, pendant la durée de l'impulsion. Un courant de charge ISC circule alors dans l'élément SC. Pendant chaque intervalle de temps, le commutateur K2 est au repos, en l'occurrence ouvert, et le courant de charge ISC ne circule pas dans l'élément SC. Ainsi, les moyens de commande C actionnent le commutateur K2 de manière pulsée. Selon un mode de réalisation, le rapport cyclique est déterminé en fonction de la nature des composants de puissance et en particulier pour que le courant de charge moyen supportable par le commutateur K2 soit maximal. Plus le rapport cyclique tend vers 1 et plus les composants seront soumis à une puissance moyenne importante. Il est avantageux que le rapport cyclique soit 20 défini par une fréquence inaudible de l'oscillateur, c'est-à-dire au delà 20 KHz. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de commande C mettent en oeuvre un asservissement ASC1 de la tension USC autour d'une consigne de croissance linéaire 25 représentée schématiquement sur la figure 1 par le diagramme A. Par exemple, l'asservissement ASC1 utilise un correcteur analogique CO de type PI (Proportionnel - Intégral) dont la sortie est utilisée comme condition supplémentaire pour actionner le commutateur K2. Ainsi, 30 lorsque cette sortie est à 1, c'est-à-dire que la tension USC doit être augmentée par rapport à la valeur de la tension de consigne courante Uc à un instant tc, et que les autres conditions (USC < USCmax et le commutateur K1 au repos) sont vérifiées, une impulsion est utilisée pour 35 actionner le commutateur K2. Par contre, même si les autres conditions sont vérifiées, si la sortie du correcteur est à 0, c'est-à-dire que la tension USC est au-delà de la valeur de tension de consigne courante Uc, aucune impulsion n'est utilisée et le commutateur K2 est au repos. Ainsi, la durée d'une impulsion et la durée des intervalles de temps entre chaque impulsion sont variables selon la sortie du correcteur analogique de type PI. Le rapport cyclique est ainsi réglé pour que la croissance de la tension USC soit linéaire. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de commande C mettent en oeuvre un asservissement ASC2 de la température TSC autour d'une température de consigne Tc. Ainsi, lorsque la température TSC est inférieure ou égale à la température de consigne Tc et que les autres conditions (USC < USCmax et le commutateur K1 au repos) sont vérifiées, une impulsion est utilisée pour actionner le commutateur K2. Par contre, même si les autres conditions sont vérifiées, si la température TSC dépasse la température de consigne Tc, aucune impulsion n'est utilisée et le commutateur K2 est au repos. Ainsi, la durée d'une impulsion et la durée des intervalles de temps entre chaque impulsion sont variables selon le résultat de la comparaison de la tension TSC et de la température de consigne Tc. Le rapport cyclique est ainsi réglé pour que la température TSC oscille autour d'une température de consigne, qui est avantageusement la température maximale supportée par le commutateur K2. Les deux modes de réalisation qui permettent de régler de manière automatique le rapport cyclique sont particulièrement avantageux car ils permettent une utilisation optimale des composants mis en jeu et notamment celle du commutateur K2.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif d'élévation temporaire de tension électrique pour organe de forte puissance destiné à un réseau de bord électrique de véhicule, le dispositif comportant un élément de stockage d'énergie électrique rechargeable (SC) et un commutateur de courant de charge (K2) monté en série avec un ou plusieurs éléments de stockage d'énergie électrique rechargeable, le commutateur de courant de charge (K2) permettant la circulation d'un courant de charge (ISC) lorsqu'il est actionné et évitant la circulation d'un tel courant lorsqu'il est au repos, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande (C) qui actionnent de manière pulsée le commutateur de courant de charge (K2).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande (C) comportent un oscillateur (OSC) qui actionne le commutateur de courant de charge (K2) selon une succession d'impulsions de rapport cyclique donné, chaque impulsion actionnant le commutateur de courant de charge (K2) qui est au repos pendant chaque intervalle de temps qui sépare deux impulsions successives.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport cyclique est déterminé pour que le courant de charge moyen supportable par le commutateur de courant de charge (K2) soit maximal.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commande (C) règlent le rapport cyclique pour que la tension (USC) aux bornes de l'élément de stockage suive une croissance linéaire.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commande (C) règlent le rapport cyclique pour que la température (TSC) du commutateur de courant de charge oscille autour d'une température de consigne (Tc).
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, le dispositif comportant un commutateur de suralimentation (K1) associé à une diode (D) pour que lorsque le commutateur de suralimentation (K1) est actionné, la diode (D) est bloquée et l'organe de forte puissance est alors alimenté pendant de courtes périodes de temps par une tension électrique égale à la somme de la tension de réseau de bord (U1) et de la tension (USC) aux bornes de l'élément de stockage, et, lorsque le commutateur de suralimentation (K1) est au repos, la diode (D) est passante et l'organe de forte puissance est alors directement alimenté par la tension électrique (U1) de réseau de bord, caractérisé en ce que les moyens de commande (C) sont alors également prévus, d'une part, pour actionner le commutateur de suralimentation (K1) lorsque la tension (U1) de réseau de bord est inférieure à une valeur minimale prédéterminée (Ulmin) et la tension (USC) aux bornes du ou des éléments de stockage est supérieure à une valeur minimale prédéterminée (USCmin), et, d'autre part, pour actionner le commutateur de courant de charge (K2) lorsque le commutateur de suralimentation (K1) est au repos et que la tension (USC) aux bornes de l'élément de stockage est inférieure à une valeur maximale prédéterminée (USCmax).
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comporte une résistance montée en série avec le commutateur de courant de charge, la valeur de ladite résistance étant définie pour limiter le courant de charge à une valeur maximale.