FR2983365A1 - Power supply system for supplying power to battery of electric car, has transistor modulating current intensity of inductor coil so that average value of modulated current intensity is equal to value of reference current - Google Patents

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Abstract

The system has a rectifier (RED) rectifying a current supplied from a single phase electrical network, and an inductor (L) receiving the rectified current (IRED) supplied by the rectifier. A conversion stage includes a transistor (TBCK) to pulse width modulate a current (IL) supplied to a coil of the inductor to control the rectified current. The transistor modulates the current intensity of the coil so that the average value of the modulated current intensity is equal to the value of a reference current having the shape of a sinusoid in phase with a rectified input voltage of the system.

Description

B11-1770FR 1 Système de transfert d'énergie électrique L'invention concerne un système de transfert d'énergie électrique, et notamment entre un réseau électrique monophasé et une batterie. En particulier, le système est destiné à être intégré dans un véhicule automobile électrique, dont la machine de traction est alimentée par la batterie à charger par l'intermédiaire d'un onduleur. Dans l'état de la technique, pour charger des batteries de véhicule électrique à partir d'un réseau électrique, par exemple monophasé, on utilise deux types de chargeurs, à savoir les chargeurs isolés et les chargeurs non isolés. Les chargeurs isolés contiennent un élément d'isolation, par exemple un transformateur qui isole le réseau d'alimentation du véhicule du réseau électrique à partir duquel on charge la batterie du véhicule. Ainsi, les perturbations en mode commun sont limitées. Cela étant, ces chargeurs sont chers et leur rendement énergétique est faible. Cela est dû à l'ajout de l'élément d'isolation qui implique un circuit électronique dont la topologie est plus complexe. Les chargeurs non isolés, ont comme principaux avantages le coût et le rendement énergétique. Un exemple de ce type de chargeur non isolé est décrit dans le document FR2943188. Ce chargeur présente la caractéristique de pouvoir être utilisé avec un réseau électrique triphasé ou avec un réseau électrique monophasé. Il comprend un étage redresseur destiné à être raccordé à un réseau d'alimentation et un étage onduleur destiné à être raccordé à la batterie. Ce chargeur comprend en outre des moyens de régulation du courant moyen issu de l'étage redresseur autour d'une valeur de courant élaborée à partir du courant maximal fourni par le réseau d'alimentation et en fonction d'un coefficient au moins égal à un rapport entre la tension maximale redressée par l'étage redresseur et la tension de la batterie. Il est connu du document FR2762721 un chargeur de batterie à partir d'une tension alternative comprenant une inductance intermédiaire et deux interrupteurs. L'un des interrupteurs est placé du coté réseau électrique et l'autre est situé du côté batterie. Cela permet une commande du type « buck boost » selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier. C'est-à-dire, un seul des interrupteurs commute à la fois, soit coté réseau lorsque la tension réseau est supérieure à la batterie (buck), soit coté batterie lorsque la tension batterie devient supérieure à celle du réseau (boost). Ainsi, l'inductance intermédiaire est utilisée comme élément de stockage de l'énergie électrique. Cela étant, cette utilisation implique une inductance intermédiaire volumineuse et coûteuse. D'autre part, dans ce chargeur, tous les composants sont dédiés pour la charge de la batterie. Il n'est pas prévu d'utiliser pour la charge des composants électriques qui sont initialement dédiés pour une autre fonction, par exemple la traction. The invention relates to a system for transferring electrical energy, and in particular between a single-phase electrical network and a battery. In particular, the system is intended to be integrated in an electric motor vehicle, the traction machine is powered by the battery to be charged via an inverter. In the state of the art, for charging electric vehicle batteries from an electrical network, for example single-phase, two types of chargers are used, namely insulated chargers and uninsulated chargers. The insulated chargers contain an insulating element, for example a transformer which isolates the vehicle power supply network from the electrical network from which the vehicle battery is charged. Thus, common mode disturbances are limited. However, these chargers are expensive and their energy efficiency is low. This is due to the addition of the isolation element which involves an electronic circuit whose topology is more complex. Uninsulated chargers have the main advantages of cost and energy efficiency. An example of this type of uninsulated charger is described in document FR2943188. This charger has the characteristic of being able to be used with a three-phase electrical network or with a single-phase electrical network. It comprises a rectifier stage intended to be connected to a power supply network and an inverter stage intended to be connected to the battery. This charger further comprises means for regulating the average current from the rectifier stage around a current value produced from the maximum current supplied by the supply network and as a function of a coefficient at least equal to one ratio between the maximum voltage rectified by the rectifier stage and the voltage of the battery. It is known from FR2762721 a battery charger from an AC voltage comprising an intermediate inductance and two switches. One of the switches is placed on the electrical network side and the other is located on the battery side. This allows a command of the "buck boost" type according to an Anglo-Saxon term well known to those skilled in the art. That is to say, only one of the switches switches at a time, either on the network side when the network voltage is greater than the battery (buck), or on the battery side when the battery voltage becomes higher than that of the network (boost). Thus, the intermediate inductance is used as storage element of the electrical energy. However, this use involves a voluminous and expensive intermediate inductance. On the other hand, in this charger, all components are dedicated for charging the battery. It is not intended to use for charging electrical components which are initially dedicated for another function, for example traction.

Il est connu du document US5500579, une solution de recharge qui réutilise les transistors du variateur de vitesse d'une machine à courant continu. Pour cela, cette solution comporte des contacteurs pour reconfigurer le circuit de charge en traction. Cela étant, ces contacteurs sont très peu fiables. De plus, la solution de recharge prévoit de réutiliser des composants d'une machine à courant continu. Or, les machines à courant continu sont très rarement utilisées en traction électrique pour les véhicules automobiles électriques modernes. Il est connu du document DE4107391, un moyen de charge avec des composants mutualisés mais qui ne peut fonctionner que si la tension redressée du réseau est en permanence inférieure à celle de la batterie. De plus, les moyens de charge décrits dans le document DE4107391 utilisent des contacteurs. Il est connu du document W02010089071, une solution de charge utilisant un réseau triphasé. Elle offre la possibilité de réutiliser pour la charge la bobine du moteur ainsi qu'une partie de l'onduleur. Cependant, en l'état, cette solution ne propose pas un mode de contrôle permettant de réduire le nombre de composants nécessaires pour la fonction PFC (power Factor Correction). It is known from US5500579, a charging solution that reuses the transistors of the variable speed drive of a DC machine. For this, this solution includes contactors for reconfiguring the load circuit in traction. However, these contactors are very unreliable. In addition, the charging solution plans to reuse components of a DC machine. However, DC machines are very rarely used in electric traction for modern electric motor vehicles. It is known from document DE4107391, a charging means with shared components but which can only work if the rectified voltage of the network is permanently lower than that of the battery. In addition, the charging means described in DE4107391 use contactors. It is known from WO2010089071, a charging solution using a three-phase network. It offers the possibility to reuse the motor coil and a part of the inverter for charging. However, as it stands, this solution does not provide a control mode to reduce the number of components required for the function PFC (power factor correction).

Notamment ce document nécessite une diode Dl au niveau du transistor S permettant de réguler le courant dans le bobinage L. Ce mode de régulation ne permet pas l'utilisation du chargeur décrit dans ce document sur un réseau d'alimentation public, soumis à un gabarit strict d'entrée. Plus généralement, pour ne pas perturber le réseau électrique, toutes ces solutions de charge doivent prélever une intensité qui respecte un certain gabarit harmonique. D'une manière générale, ce gabarit est défini par une bande haute dont le fondamental est une intensité de forme sinusoïdale qui est en phase avec la tension du réseau électrique. Dans l'état de la technique, pour réguler le courant prélevé au réseau électrique en suivant ce gabarit, on asservit le courant en sortie du redresseur autour d'une consigne de courant de bobine, ce courant traversant la bobine. In particular, this document requires a diode D1 at the level of the transistor S making it possible to regulate the current in the winding L. This regulation mode does not allow the use of the charger described in this document on a public power supply network, subject to a jig strict entry. More generally, not to disturb the electrical network, all these charging solutions must draw an intensity that respects a certain harmonic template. In general, this template is defined by a high band whose fundamental is a sinusoidal intensity which is in phase with the voltage of the electrical network. In the state of the art, to regulate the current drawn from the electrical network by following this template, the output current of the rectifier is slaved around a coil current setpoint, this current flowing through the coil.

Au vu de ce qui précède, l'invention propose une solution simple de charge non isolée, qui peut ajuster la puissance de charge et qui peut charger une batterie même si sa tension est inférieure à celle du réseau électrique. Selon un mode de réalisation, il est proposé une solution de charge économique qui permet de réutiliser des composants dédiés à d'autres fonctions. Selon un mode de réalisation, il est proposé une solution de charge qui prélève sur le réseau un courant qui suit le gabarit de courant mentionné ci avant. In view of the foregoing, the invention proposes a simple uninsulated charge solution, which can adjust the charging power and which can charge a battery even if its voltage is lower than that of the power grid. According to one embodiment, an economical charging solution is proposed which makes it possible to reuse components dedicated to other functions. According to one embodiment, there is provided a charging solution which draws on the network a current which follows the current template mentioned above.

Selon un aspect, on définit un système d'alimentation d'une batterie à partir d'un réseau électrique comprenant : -un redresseur de courant alimenté à partir du réseau; et -une bobine d'inductance recevant le courant redressé délivré par le redresseur ; -un premier étage de conversion comprenant un premier moyen de commutation adapté pour moduler en largeur d'impulsion le courant délivré à la bobine de façon à réguler le courant redressé ; et -un moyen de régulation du courant délivré à la bobine. In one aspect, a power system for a battery is defined from an electrical network comprising: a current rectifier fed from the network; and an inductance coil receiving the rectified current delivered by the rectifier; a first conversion stage comprising a first switching means adapted to modulate in pulse width the current delivered to the coil so as to regulate the rectified current; and means for regulating the current delivered to the coil.

Selon une caractéristique générale, le premier moyen de commutation est adapté pour moduler l'intensité de la bobine de façon à ce que la valeur moyenne de l'intensité modulée de la bobine soit égale à la valeur d'une première consigne de courant, ladite première consigne de courant ayant la forme d'une sinusoïde redressée en phase avec la tension d'entrée du système. Deux régulations sont ainsi proposées. Une première régulation utilise le premier étage de conversion pour réguler l'intensité en sortie du redresseur. L'autre régulation utilise le moyen de régulation pour réguler l'intensité traversant la bobine. Il est ainsi possible de contrôler facilement et efficacement l'intensité prélevée au réseau électrique. On peut ainsi avec ce système d'alimentation facilement prélever au réseau électrique une intensité dans le gabarit mentionné ci avant en utilisant la modulation par largeur d'impulsion. According to a general characteristic, the first switching means is adapted to modulate the intensity of the coil so that the average value of the modulated intensity of the coil is equal to the value of a first current setpoint, said first current setpoint in the form of a sinusoid rectified in phase with the input voltage of the system. Two regulations are thus proposed. A first regulation uses the first conversion stage to regulate the output intensity of the rectifier. The other regulation uses the regulating means to regulate the intensity through the coil. It is thus possible to easily and effectively control the intensity taken from the electrical network. It is thus possible with this power system to easily draw from the power grid an intensity in the template mentioned above using the pulse width modulation.

Selon un mode de réalisation, le système comprend un gestionnaire de charge capable d'ajuster l'amplitude de la première consigne de courant en fonction des besoins de la batterie. Ainsi, on peut ajuster en permanence la puissance délivrée par le chargeur en fonction des besoins de la batterie. Par exemple si la température de la batterie atteint un certain seuil, on va limiter la puissance de charge. Selon une caractéristique, le système de transfert d'énergie électrique comprend entre la bobine d'inductance et une sortie du système, un deuxième étage de conversion comprenant un deuxième moyen de commutation adapté pour moduler en largeur d'impulsion la tension aux bornes du deuxième moyen de commutation de façon à réguler l'intensité de sortie. Le deuxième étage de conversion permet un ajustement du courant bobine, ce qui ajuste en conséquence le courant dans la batterie. Par ailleurs, l'ajustement du courant de la bobine est effectué en fonction de la tension de la batterie utilisée. Il n'est alors plus nécessaire de limiter l'utilisation du chargeur à des batteries dont les tensions sont supérieures à celle du réseau électrique. According to one embodiment, the system comprises a load manager capable of adjusting the amplitude of the first current setpoint according to the needs of the battery. Thus, it is possible to continuously adjust the power delivered by the charger according to the needs of the battery. For example if the temperature of the battery reaches a certain threshold, we will limit the load power. According to one characteristic, the electrical energy transfer system comprises between the inductance coil and an output of the system, a second conversion stage comprising a second switching means adapted to modulate in pulse width the voltage across the second switching means for regulating the output intensity. The second conversion stage allows adjustment of the coil current, which consequently adjusts the current in the battery. In addition, the adjustment of the current of the coil is made according to the voltage of the battery used. It is no longer necessary to limit the use of the charger to batteries whose voltages are higher than that of the electrical network.

Selon une autre caractéristique, le deuxième moyen de commutation est adapté pour moduler la tension à ses bornes par échantillons de façon que pour chaque échantillon la valeur moyenne de la tension modulée aux bornes du deuxième moyen de commutation soit égale à la tension de sortie du système. Par exemple, cette modulation peut être réalisée par modulation de largeur d'impulsion. Selon encore une autre caractéristique, le moyen de régulation comprend des moyens de mesure de l'intensité de la bobine, des moyens de comparaison de l'intensité de la bobine avec une deuxième consigne de courant et des moyens de commande capables de contrôler la tension de la bobine. Ainsi, on peut réguler le courant traversant la bobine. Selon une caractéristique supplémentaire, la deuxième consigne de courant a une composante continue dont la valeur est dépendante du ratio tension batterie sur tension efficace en sortie du redresseur, et de la puissance transférée du réseau à la batterie. Le courant de la bobine est distribué au redresseur suivant une stratégie de modulation (type Modulation par largeur d'impulsion) qui suit cette consigne de courant. Cela permet de prélever au réseau une intensité dans le gabarit mentionné ci avant. Selon une autre caractéristique supplémentaire, les moyens de mesure comprennent un moyen de filtrage de l'intensité de la bobine mesurée. According to another characteristic, the second switching means is adapted to modulate the voltage at its terminals by samples so that for each sample the average value of the modulated voltage across the second switching means is equal to the output voltage of the system. . For example, this modulation can be performed by pulse width modulation. According to yet another characteristic, the regulating means comprises means for measuring the intensity of the coil, means for comparing the intensity of the coil with a second current setpoint and control means capable of controlling the voltage. of the coil. Thus, it is possible to regulate the current flowing through the coil. According to an additional characteristic, the second current setpoint has a DC component whose value is dependent on the battery voltage-to-effective voltage ratio at the output of the rectifier, and the power transferred from the network to the battery. The current of the coil is distributed to the rectifier according to a modulation strategy (pulse width modulation type) which follows this current setpoint. This allows to draw the network intensity in the template mentioned above. According to another additional characteristic, the measuring means comprise a means for filtering the intensity of the measured coil.

Ainsi, on peut ne pas tenir compte des fluctuations à court terme de l'intensité de la bobine pour réguler l'intensité de la bobine. Selon un mode de réalisation, chacun des premier et deuxième étages de conversion comprend une diode et les premier et deuxième moyens de commutation sont des transistors ayant un état passant ou un état bloquant. Ainsi, selon ce mode de réalisation, le premier et deuxième étage de conversion sont facilement réalisables. Selon une caractéristique, le système comprend un onduleur entre la sortie du système et la bobine, ledit onduleur comprenant au moins une branche, comprenant au moins une diode et un transistor, la diode et le transistor du deuxième étage de conversion étant formés par la diode et le transistor de ladite au moins une branche de l'onduleur. Thus, short-term fluctuations in coil current can not be taken into account in order to regulate the intensity of the coil. According to one embodiment, each of the first and second conversion stages comprises a diode and the first and second switching means are transistors having an on state or a blocking state. Thus, according to this embodiment, the first and second conversion stages are easily achievable. According to one characteristic, the system comprises an inverter between the output of the system and the coil, said inverter comprising at least one branch, comprising at least one diode and one transistor, the diode and the transistor of the second conversion stage being formed by the diode and the transistor of said at least one branch of the inverter.

Ainsi, il n'est pas nécessaire d'ajouter des composants pour le deuxième étage de conversion. On peut réutiliser ceux de l'onduleur. Cela permet une réduction substantielle du coût du système de transfert. Selon un exemple d'application, le réseau électrique est un réseau électrique monophasé. Selon un autre mode de réalisation, la batterie est branchée à une machine électrique de traction, ladite machine électrique ayant une inductance statorique et ladite inductance statorique est utilisée comme moyen de filtrage de l'intensité de la bobine. Thus, it is not necessary to add components for the second conversion stage. We can reuse those of the inverter. This allows a substantial reduction in the cost of the transfer system. According to an example of application, the electrical network is a single-phase electrical network. According to another embodiment, the battery is connected to an electric traction machine, said electric machine having a stator inductance and said stator inductance is used as a means of filtering the intensity of the coil.

Ainsi, ce moyen de filtrage s'ajoute à la bobine et il est possible de filtrer l'intensité bobine avant qu'elle soit délivrée à la batterie et ce sans surcoût puisque une partie de l'inductance statorique utilisée est normalement dédiée à la machine électrique. Selon un autre exemple d'application, pour une topologie inverse (telle que décrite par la fig.6) dans laquelle la sortie du système est connectée à un générateur photovoltaïque qui fournit un courant continu, il est possible de générer de la puissance dans le réseau alternatif à partir d'une source continue. Ceci s'appliquerait, par exemple, à la connexion de panneaux photovoltaïques au réseau via ce type de convertisseur. D' autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre de manière schématique un chargeur non isolé selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 illustre de manière schématique un chargeur non isolé selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 illustre de manière schématique les composants d'un filtre d'entrée, - la figure 4 illustre de manière schématique la régulation de courant de la bobine du chargeur de la figure 1, - la figure 5 illustre de manière schématique un chargeur selon l'invention branché à une machine électrique, - la figure 6 illustre un chargeur selon l'invention fonctionnant comme générateur sur un réseau alternatif à partir d'une source continue. La figure 1 représente un chargeur pour un réseau électrique monophasé selon l'invention. Ce chargeur est par exemple destiné à être incorporé au sein d'un véhicule électrique automobile. Il permet la charge de la batterie servant à l'alimentation de la machine de traction du véhicule, cette batterie étant utilisée pour alimenter la machine de traction. Ce chargeur comprend successivement une entrée E comprenant deux bornes d'entrée destinées à être connectées à une alimentation monophasée RES (à laquelle s'ajoute une prise de terre non représentée), un filtre d'entrée FIE, une capacité différentielle Cdiff, un redresseur RED, un transistor TBCK, une diode Dl, une bobine L, un transistor TBST, une diode D2 et une sortie S comprenant deux bornes de sorties destinées à être connectées à une batterie BAT. Le courant IL traversant la bobine est asservi par un premier moyen de régulation représenté sur la figure 4 agissant sur la tension VL aux bornes de la bobine. La diode Dl et le transistor TBCK forment un premier étage de conversion. La diode D2 et le transistor TBST forment un deuxième étage de conversion. On explique ci après le fonctionnement du premier étage de conversion. Le courant IRED en sortie du redresseur est directement issu de la commutation du courant IL par le transistor TBCK. En effet, si le transistor TBCK est bloqué alors le courant IRED est nul tandis que si le transistor TBCK est passant alors le courant IRED est égal au courant de la bobine IL. Cette commutation est contrôlée par un moyen de contrôle de commutation CM1 du transistor TBCK et est réalisée en modulation de largeur d'impulsion. Plus précisément, pour chaque période de modulation du premier étage de conversion, le courant IL est comparé avec une consigne C IRED. Où : C IRED = abs(VRES)- A , équation dans laquelle « abs » correspond à l'opération valeur absolue et A est un coefficient qui traduit l'amplitude du courant réseau à absorber. Le coefficient A provient directement d'une consigne de puissance demandée. Thus, this filtering means is added to the coil and it is possible to filter the coil current before it is delivered to the battery without any additional cost since part of the stator inductance used is normally dedicated to the machine. electric. According to another example of application, for an inverse topology (as described in FIG. 6) in which the output of the system is connected to a photovoltaic generator which supplies a direct current, it is possible to generate power in the alternative network from a continuous source. This would apply, for example, to the connection of photovoltaic panels to the network via this type of converter. Other advantages and characteristics of the invention will appear on examining the detailed description of embodiments, in no way limiting, and the attached drawings, in which: FIG. 1 schematically illustrates an uninsulated loader according to a first Embodiment of the Invention - Figure 2 schematically illustrates a non-insulated loader according to a second embodiment of the invention; - Figure 3 schematically illustrates the components of an input filter; FIG. 4 schematically illustrates the current regulation of the charger coil of FIG. 1; FIG. 5 schematically illustrates a charger according to the invention connected to an electrical machine; FIG. 6 illustrates a charger according to FIG. The invention operates as a generator on an AC network from a DC source. FIG. 1 represents a charger for a single-phase electrical network according to the invention. This charger is for example intended to be incorporated into a motor vehicle. It allows the charging of the battery used to power the traction machine of the vehicle, this battery being used to power the traction machine. This charger comprises successively an input E comprising two input terminals intended to be connected to a single-phase power RES (to which is added a ground not shown), an input filter FIE, a differential capacitance Cdiff, a rectifier RED, a transistor TBCK, a diode D1, a coil L, a transistor TBST, a diode D2 and an output S comprising two output terminals intended to be connected to a battery BAT. The current IL through the coil is controlled by a first regulating means shown in Figure 4 acting on the voltage VL across the coil. The diode D1 and the transistor TBCK form a first conversion stage. Diode D2 and transistor TBST form a second conversion stage. The operation of the first conversion stage is explained below. The current IRED at the output of the rectifier is directly derived from the switching of the current IL by the transistor TBCK. Indeed, if the transistor TBCK is blocked then the current IRED is zero whereas if the transistor TBCK is passing then the current IRED is equal to the current of the coil IL. This switching is controlled by a switching control means CM1 of the transistor TBCK and is carried out in pulse width modulation. More precisely, for each modulation period of the first conversion stage, the current IL is compared with a setpoint C IRED. Where: C IRED = abs (VRES) - A, equation in which "abs" corresponds to the absolute value operation and A is a coefficient that expresses the amplitude of the network current to be absorbed. The coefficient A comes directly from a requested power demand.

En fonction de la valeur relative du courant IL et de la consigne C IRED, on détermine une durée au sein de la période de modulation pendant laquelle le transistor doit être passant. Par exemple, si la consigne C IRED est égale à 40 Ampères et le courant IL est égal à 100 Ampères alors dans le cas où la période de modulation est égale à 20 microsecondes, la durée pendant laquelle le transistor TBCK est passant est : 20 . 40% = 8 microsecondes. Le moyen de contrôle assure alors la commutation dans un état passant du transistor TBCK pendant cette durée. En d'autres termes, on module le courant IL de manière que la valeur moyenne du courant de sortie de redresseur IRED soit égale à C IRED. Cette opération est renouvelée pour chacune des périodes de modulation du premier étage de conversion se succédant. A titre d'exemple de réalisation, la première période de modulation du premier étage de conversion a pour valeur 20 microsecondes. On pourrait choisir toute autre valeur, de préférence inférieure à la seconde (Unité du système international). De préférence, la durée pendant laquelle le transistor doit être passant est située au milieu de la période de modulation du premier étage de conversion. Depending on the relative value of the current IL and the setpoint C IRED, a time is determined within the modulation period during which the transistor must be on. For example, if the set point C IRED is equal to 40 amperes and the current IL is equal to 100 amps, then in the case where the modulation period is equal to 20 microseconds, the duration during which the transistor TBCK is conducting is: 20. 40% = 8 microseconds. The control means then switches into an on state of the TBCK transistor during this time. In other words, the current IL is modulated so that the average value of the rectifier output current IRED is equal to C IRED. This operation is repeated for each of the modulation periods of the first successive conversion stage. As an exemplary embodiment, the first modulation period of the first conversion stage has a value of 20 microseconds. Any other value could be chosen, preferably less than one second (International System Unit). Preferably, the duration during which the transistor must be on is in the middle of the modulation period of the first conversion stage.

A l'issu des commutations successives du transistor TBCK, on obtient « IRED = alphaBCK . IL », avec alphaBCK, le rapport cyclique appliqué au transistor BCK. De préférence, on choisit la consigne C IRED de façon que le courant débité par le réseau IRES suive le gabarit mentionné précédemment. Pour cela, étant donné que le courant IRED est égal à la valeur absolue du courant du réseau IRES (en négligeant l'impédance du filtre d'entrée FIE), il suffit que la consigne C IRED suive une sinusoïde redressée en phase avec la tension fournie par le réseau VRES. Selon un mode de réalisation, le chargeur comprend en outre un gestionnaire de charge GC capable d'ajuster en permanence l'amplitude de la consigne de courant C IRED en fonction des besoins de la batterie de traction. Par exemple le gestionnaire GC ajuste l'amplitude de la consigne C IRED en fonction de la température ou du niveau de charge de la batterie. On explique ci-après le fonctionnement du second étage de conversion formé par le transistor TBST et la diode D2. La valeur de la tension VL aux bornes de la bobine est connue car fixée par le premier moyen de régulation (figure 4). La valeur de la tension VRED en sortie du redresseur est également connue car en première approximation elle est égale à la valeur absolue de la tension du réseau VRES où elle peut facilement être mesurée par un capteur de tension à la sortie du redresseur RED. Enfin, la tension VKN aux bornes de la diode Dl est égale à la tension VRED lorsque le transistor TBCK est passant et est nulle lorsque TBCK est bloqué. On peut donc en déduire par loi des mailles, la valeur de la tension VBST aux bornes du transistor TBST par la relation: VBST= -VL+VKN dans laquelle VKN désigne la tension aux bornes de la diode Dl. Le courant IBAT fourni à la batterie BAT est directement issu de la commutation de la tension VBST par le transistor TBST. Lorsque le transistor TBST est passant, alors le courant IBAT est nul, lorsque le transistor TBST est bloqué alors le courant IBAT est égal à au courant de la bobine IL. La commutation du transistor TBST est contrôlée par un moyen de contrôle de commutation CM2 du transistor TBST et est réalisée en modulation de largeur d'impulsion. Cette commutation est similaire à celle du premier étage de conversion. A la différence que dans le deuxième étage de conversion, c'est la tension VBST qui est modulée en largeur d'impulsion alors que dans le premier étage de conversion c'est le courant IL qui est modulé en largeur d'impulsion. Pour chaque période de modulation du deuxième étage de conversion, la tension VBST est comparée avec la tension mesurée VBAT aux bornes de la batterie. En fonction de leur valeur relative, on détermine une durée au sein de la période de modulation pendant laquelle le transistor TBST doit être passant pour que la tension VBST moyenne au cours de la période de modulation soit égale à VBAT. Le moyen de contrôle assure alors la commutation dans un état passant du transistor TBST pendant cette durée. En d'autres termes, on module la tension VBST de manière que sa valeur moyenne soit égale à VBAT (en négligeant la chute de tension due à la résistance de la bobine L). At the end of the successive switching of the transistor TBCK, we obtain "IRED = alphaBCK. IL ", with alphaBCK, the duty cycle applied to transistor BCK. Preferably, the setpoint C IRED is chosen so that the current delivered by the IRES network follows the previously mentioned template. For this reason, since the current IRED is equal to the absolute value of the current of the IRES network (neglecting the impedance of the input filter FIE), it suffices that the setpoint C IRED follows a sinusoid rectified in phase with the voltage provided by the VRES network. According to one embodiment, the charger further comprises a charge manager GC capable of continuously adjusting the amplitude of the current setpoint C IRED according to the needs of the traction battery. For example, the GC manager adjusts the amplitude of the setpoint C IRED as a function of the temperature or the charge level of the battery. The operation of the second conversion stage formed by the transistor TBST and the diode D2 is explained below. The value of the voltage VL across the coil is known because it is fixed by the first regulation means (FIG. 4). The value of the voltage VRED output of the rectifier is also known because in first approximation it is equal to the absolute value of the voltage of the VRES network where it can easily be measured by a voltage sensor at the output of the rectifier RED. Finally, the voltage VKN at the terminals of the diode D1 is equal to the voltage VRED when the transistor TBCK is on and is zero when TBCK is off. It is therefore possible to deduce, by mesh law, the value of the voltage VBST across the terminals of the transistor TBST by the relation: VBST = -VL + VKN in which VKN denotes the voltage across the diode D1. The IBAT current supplied to the battery BAT is directly derived from the switching of the voltage VBST by the transistor TBST. When the transistor TBST is on, then the current IBAT is zero, when the transistor TBST is blocked then the current IBAT is equal to the current of the coil IL. The switching of the transistor TBST is controlled by a switching control means CM2 of the transistor TBST and is carried out in pulse width modulation. This switching is similar to that of the first conversion stage. With the difference that in the second conversion stage, it is the voltage VBST which is modulated in pulse width while in the first conversion stage it is the current IL which is modulated in pulse width. For each modulation period of the second conversion stage, the voltage VBST is compared with the measured voltage VBAT across the battery. According to their relative value, a duration is determined within the modulation period during which the transistor TBST must be on so that the average voltage VBST during the modulation period is equal to VBAT. The control means then ensures switching in an on state of the TBST transistor during this time. In other words, the voltage VBST is modulated so that its average value is equal to VBAT (neglecting the voltage drop due to the resistance of the coil L).

Cette opération est renouvelée pour chacune des périodes de modulation du deuxième étage de conversion se succédant. A titre d'exemple de réalisation, la période de modulation du deuxième étage de conversion a pour valeur 20 microsecondes. On pourrait choisir toute autre valeur, de préférence inférieure à la seconde (Unité du système international). Préférentiellement, la durée pendant laquelle le transistor TBST doit être passant est située au milieu de la période de modulation. A l'issu des commutations successives du transistor TBST, on obtient : VBST = (1- alphaBST) . VBAT et IBAT = (1- alphaBST) . IL, avec alphaBST, le rapport cyclique appliqué au transistor TBST. La figure 2 représente un chargeur pour un réseau électrique monophasé selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. On retrouve dans le système de la figure 2, l'entrée E, le filtre d'entrée FIE, la capacité différentielle Cdiff, le redresseur RED, le transistor TBCK, la diode Dl, la bobine L, le transistor TBST, la diode D2 et une sortie S comprenant deux bornes de sorties destinées à être connectées à une batterie BAT. Par ailleurs, le principe de fonctionnement des premier et deuxième étages de conversion est identique à celui exposé pour la figure 1. Le chargeur de la figure 2 se distingue de celui de la figure 1 en ce que la diode D2 et le transistor TBST utilisés par le deuxième étage de conversion sont normalement dédiés à un onduleur OND. L'onduleur OND est en général polyphasé. Par exemple, dans le cas d'un onduleur destiné à l'alimentation d'une machine de traction triphasée, l'onduleur est triphasé et comprend trois branches et une capacité Cond qui permet un filtrage côté batterie du courant IL. Selon un mode de réalisation bien connu de l'homme du métier, chacune de ces branches comprend deux transistors chacun étant en parallèle avec une diode. Parmi les diodes et transistors de la première branche de l'onduleur OND, on va utiliser la diode D2 et le transistor TBST pour réaliser le deuxième étage de conversion précédemment décrit. La figure 3 illustre un mode de réalisation du filtre FIE. Le filtre FIE comprend un connecteur CT, une inductance de mode commun TRIE entre la phase et le neutre, deux capacités CIE1 et CIE2 entre la terre et le neutre et entre la terre et la phase respectivement, et sur la branche de la phase une bobine LIE en parallèle avec une résistance RIE. Le filtre FIE en combinaison avec la capacité Cdiff (figure 1) permet côté réseau: -un filtrage en mode différentiel pour éliminer les harmoniques dues à la commutation du transistor TBCK, notamment. -un filtrage en mode commun pour limiter le courant dans le fil de terre issu de la commutation des capacités parasites (machine de traction, batterie), le châssis du véhicule électrique étant relié à la terre. This operation is repeated for each of the modulation periods of the second conversion stage succeeding one another. As an exemplary embodiment, the modulation period of the second conversion stage is 20 microseconds. Any other value could be chosen, preferably less than one second (International System Unit). Preferably, the duration during which the transistor TBST must be on is in the middle of the modulation period. At the end of the successive switching of the transistor TBST, we obtain: VBST = (1-alphaBST). VBAT and IBAT = (1-alphaBST). IL, with alphaBST, the duty cycle applied to the TBST transistor. FIG. 2 represents a charger for a single-phase electrical network according to a second embodiment of the invention. In the system of FIG. 2, the input E, the input filter FIE, the differential capacitance Cdiff, the rectifier RED, the transistor TBCK, the diode D1, the coil L, the transistor TBST, the diode D2 are found in the system of FIG. and an output S comprising two output terminals intended to be connected to a BAT battery. Moreover, the operating principle of the first and second conversion stages is identical to that explained for FIG. 1. The charger of FIG. 2 differs from that of FIG. 1 in that the diode D2 and the transistor TBST used by FIG. the second conversion stage are normally dedicated to an OND UPS. The OND inverter is generally polyphase. For example, in the case of an inverter intended to supply a three-phase traction machine, the inverter is three-phase and comprises three branches and a capacitance Cond which allows a battery-side filtering of the current IL. According to an embodiment well known to those skilled in the art, each of these branches comprises two transistors each being in parallel with a diode. Among the diodes and transistors of the first branch of the OND inverter, the diode D2 and the transistor TBST will be used to produce the second conversion stage previously described. Figure 3 illustrates an embodiment of the FIE filter. The FIE filter comprises a CT connector, a common mode inductance TRIE between the phase and the neutral, two capacitors CIE1 and CIE2 between the earth and the neutral and between the earth and the phase respectively, and on the branch of the phase a coil LEL in parallel with RIE resistance. The FIE filter in combination with the capacitance Cdiff (FIG. 1) allows the network side: a filtering in differential mode to eliminate the harmonics due to the switching of the TBCK transistor, in particular. a common mode filtering to limit the current in the ground wire resulting from the switching of parasitic capacitances (traction machine, battery), the chassis of the electric vehicle being connected to the ground.

La figure 4 représente le moyen de régulation de courant IL de la bobine L du chargeur. La consigne C IL est comparée avec le courant IL mesuré et filtré, la mesure du courant IL étant réalisée par un capteur et le filtrage par des moyens de filtrage MF. Figure 4 shows the IL current regulating means of the coil L of the charger. The set point C IL is compared with the current IL measured and filtered, the measurement of the current IL being carried out by a sensor and the filtering by MF filtering means.

En fonction de la différence entre ces deux valeurs, un régulateur MC ajuste la tension VL aux bornes de la bobine L. Le moyen de régulation est donc une boucle de régulation, étant donné que la tension VL influe sur le courant IL. Depending on the difference between these two values, a regulator MC adjusts the voltage VL across the coil L. The regulating means is therefore a control loop, since the voltage VL influences the current IL.

Selon un mode de réalisation, la consigne de courant C IL a une composante continue dont la valeur est dépendante du ratio tension batterie VBAT sur tension efficace en sortie du redresseur VRED eff, et de la puissance transférée du réseau à la batterie. La figure 5 représente un chargeur pour un réseau électrique selon l'invention. On retrouve dans le système de la figure 5, l'entrée E, le filtre d'entrée FIE, la capacité différentielle Cdiff, le redresseur RED, le transistor TBCK, la diode Dl, la bobine L, le transistor TBST, la diode D2, l'onduleur OND et une sortie S comprenant deux bornes de sorties destinées à être connectées à une batterie BAT. Par ailleurs, le principe de fonctionnement des premier et deuxième étages de conversion est identique à celui exposé pour la figure 1. Le chargeur de la figure 5 se distingue de celui de la figure 2 en ce qu'il comprend une machine électrique de traction triphasée MEL. La machine MEL comprend trois bras, chacun correspondant à une phase. Chacun des bras de la machine électrique a une inductance statorique. Selon ce mode de réalisation, l'inductance statorique MF2 d'un des bras de la machine MEL est utilisée comme un moyen de filtrage qui s'ajoute à la bobine L. On obtient ainsi une intensité bobine filtrée à appliquer, après passage par le deuxième étage de conversion, à la batterie BAT. La figure 6 illustre un chargeur selon l'invention branché à une source continue. On retrouve dans le système de la figure 6, l'entrée E, le filtre d'entrée FIE, la capacité différentielle Cdiff, le redresseur RED, le transistor TBCK, la diode Dl, la bobine L, le transistor TBST, la diode D2 et une sortie S comprenant deux bornes de sorties. Par ailleurs, le principe de fonctionnement des premier et deuxième étages de conversion est identique à celui exposé pour la figure 1. According to one embodiment, the current setpoint C IL has a DC component whose value is dependent on the battery voltage VBAT ratio on effective voltage at the output of the rectifier VRED eff, and the power transferred from the network to the battery. Figure 5 shows a charger for an electrical network according to the invention. In the system of FIG. 5, the input E, the input filter FIE, the differential capacitance Cdiff, the rectifier RED, the transistor TBCK, the diode D1, the coil L, the transistor TBST, the diode D2 are found in the system of FIG. , the OND inverter and an output S comprising two output terminals intended to be connected to a battery BAT. Moreover, the operating principle of the first and second conversion stages is identical to that explained for FIG. 1. The charger of FIG. 5 differs from that of FIG. 2 in that it comprises an electric three-phase traction machine. EMAIL. The MEL machine has three arms, each corresponding to one phase. Each of the arms of the electric machine has a stator inductance. According to this embodiment, the stator inductance MF2 of one of the arms of the MEL machine is used as a filtering means which is added to the coil L. This gives a filtered coil intensity to be applied, after passing through the second conversion stage, BAT battery. Figure 6 illustrates a charger according to the invention connected to a continuous source. In the system of FIG. 6, the input E, the input filter FIE, the differential capacitance Cdiff, the rectifier RED, the transistor TBCK, the diode D1, the coil L, the transistor TBST, the diode D2 are found in the system of FIG. and an output S comprising two output terminals. Moreover, the operating principle of the first and second conversion stages is identical to that explained for FIG.

Le chargeur de la figure 6 se distingue de celui de la figure 1 en ce que la sortie S est connectée à une source de tension continue GEN qui fournit un courant IGEN et dont la tension à ses bornes vaut VGEN. Ainsi, à l'entrée du système il ne s'agit plus d'un courant débité IRES mais d'un courant fourni IRESF. Le principe de fonctionnement des deux étages de conversion est identique à celui illustré dans les figures précédentes en prenant IRESF=-IRES et IGEN=-IBAT. Il est possible avec ce système de transférer l'énergie électrique d'une source continue vers le réseau électrique. Par exemple, la source continue est un générateur photoélectrique GEN. Selon l'invention, on propose pour ajuster précisément l'intensité IRES du réseau une double régulation, sur l'intensité IL et sur l'intensité IRED. On a ainsi réalisé une commande qui agit sur les deux rapports cycliques alphaBST et alphaBCK pour contrôler respectivement le courant IBAT fourni à la batterie et le courant IRED prélevé au réseau. La seule contrainte réside sur l'intensité IL qui doit être supérieure à IRED et à IGEN ou IBAT. Selon l'invention, on utilise en outre un nombre de capteurs faibles puisqu'il n'est nécessaire de mesurer que trois valeurs : la tension VRES, la tension VGEN ou VBAT et le courant IL. The charger of FIG. 6 differs from that of FIG. 1 in that the output S is connected to a DC voltage source GEN which supplies an IGEN current and whose voltage at its terminals is VGEN. Thus, at the input of the system it is no longer an IRES debit current but a supplied current IRESF. The operating principle of the two conversion stages is identical to that illustrated in the preceding figures by taking IRESF = -IRES and IGEN = -IBAT. It is possible with this system to transfer electrical energy from a continuous source to the power grid. For example, the continuous source is a GEN photo generator. According to the invention, it is proposed to precisely adjust the IRES intensity of the network a double regulation, the intensity IL and the intensity IRED. A command was thus made which acts on the two cyclic ratios alphaBST and alphaBCK to respectively control the IBAT current supplied to the battery and the current IRED taken from the network. The only constraint lies on the intensity IL which must be greater than IRED and IGEN or IBAT. According to the invention, a number of weak sensors is also used since it is necessary to measure only three values: the voltage VRES, the voltage VGEN or VBAT and the current IL.

Claims (12)

REVENDICATIONS1. Système d'alimentation d'une batterie (BAT) à partir d'un réseau électrique (RES) comprenant : -un redresseur (RED) de courant alimenté à partir du réseau; -une bobine d'inductance (L) recevant le courant redressé délivré par le redresseur; -un premier étage de conversion comprenant un premier moyen de commutation (TBCK) adapté pour moduler en largeur d'impulsion le courant délivré à la bobine (IL) de façon à réguler le courant redressé (IRED); et -un moyen de régulation du courant délivré à la bobine (IL), caractérisé en ce que le premier moyen de commutation (TBCK) est adapté pour moduler l'intensité de la bobine (IL) de façon à ce que la valeur moyenne de l'intensité modulée de la bobine soit égale à la valeur d'une première consigne de courant (C IRED), ladite première consigne de courant (C IRED) ayant la forme d'une sinusoïde redressée en phase avec la tension d'entrée du système. REVENDICATIONS1. A battery power system (BAT) from an electrical network (RES) comprising: - a rectifier (RED) of current supplied from the network; an inductance coil (L) receiving the rectified current delivered by the rectifier; a first conversion stage comprising a first switching means (TBCK) adapted to modulate in pulse width the current delivered to the coil (IL) so as to regulate the rectified current (IRED); and a means for regulating the current delivered to the coil (IL), characterized in that the first switching means (TBCK) is adapted to modulate the intensity of the coil (IL) so that the average value of the modulated intensity of the coil is equal to the value of a first current setpoint (C IRED), said first current setpoint (C IRED) having the shape of a sinusoid rectified in phase with the input voltage of the system. 2. Système selon la revendication 1, comprenant un gestionnaire de charge (GC) capable d'ajuster l'amplitude de la première consigne de courant (C IRED) en fonction des besoins de la batterie (BAT). 2. System according to claim 1, comprising a load manager (GC) capable of adjusting the amplitude of the first current setpoint (C IRED) according to the needs of the battery (BAT). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, comprenant entre la bobine d'inductance (L) et une sortie du système (S), un deuxième étage de conversion comprenant un deuxième moyen de commutation (TBST) adapté pour moduler en largeur d'impulsion la tension aux bornes du deuxième moyen de commutation (TBST) de façon à réguler l'intensité de sortie (IBAT, IGEN). 3. System according to claim 1 or 2, comprising between the inductor (L) and an output of the system (S), a second conversion stage comprising a second switching means (TBST) adapted to modulate in width of pulse the voltage across the second switching means (TBST) so as to regulate the output intensity (IBAT, IGEN). 4. Système selon la revendication 3, dans lequel le deuxième moyen de commutation (TBST) est adapté pour moduler la tension (VBST) à ses bornes par échantillons, de façon que, pour chaque échantillon, la valeur moyenne de la tension modulée aux bornes du deuxième moyen de commutation (TBST) soit égale à la tension de sortie du système (VBAT, VGEN). 4. System according to claim 3, wherein the second switching means (TBST) is adapted to modulate the voltage (VBST) at its terminals by samples, so that for each sample, the average value of the voltage modulated at the terminals. the second switching means (TBST) is equal to the output voltage of the system (VBAT, VGEN). 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le moyen de régulation comprend des moyens de mesure de l'intensité de la bobine, des moyens de comparaison de l'intensité de la bobine avec une deuxième consigne de courant (C IL) et des moyens de commande (MC) capables de contrôler la tension de la bobine (VL). 5. System according to any one of claims 1 to 4, wherein the regulating means comprises means for measuring the intensity of the coil, means for comparing the intensity of the coil with a second current setpoint. (C IL) and control means (MC) capable of controlling the coil voltage (VL). 6. Système selon la revendication 5, dans lequel la deuxième consigne de courant (C IL) a une composante continue dont la valeur est dépendante du ratio tension batterie (VBAT) sur tension efficace en sortie du redresseur (VRED eff), et de la puissance transférée du réseau (RES) à la batterie (BAT). 6. System according to claim 5, wherein the second current setpoint (C IL) has a DC component whose value is dependent on the battery voltage ratio (VBAT) on the output voltage of the rectifier (VRED eff), and the power transferred from the network (RES) to the battery (BAT). 7. Système selon la revendication 5 ou 6, dans lequel les moyens de mesure comprennent un moyen de filtrage (MF) de l'intensité de la bobine mesurée. 7. System according to claim 5 or 6, wherein the measuring means comprise a filtering means (MF) of the intensity of the measured coil. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel chacun des premier et deuxième étages de conversion comprend une diode (Dl, D2) et les premier et deuxième moyens de commutation (TBCK, TBST) sont des transistors ayant un état passant ou un état bloquant. 8. System according to any one of claims 3 to 7, wherein each of the first and second conversion stages comprises a diode (D1, D2) and the first and second switching means (TBCK, TBST) are transistors having a passing state or a blocking state. 9. Système selon la revendication 8, comprenant un onduleur (OND) entre la sortie du système (S) et la bobine (L), ledit onduleur comprenant au moins une branche comprenant au moins une diode (D2) et un transistor (TBST), la diode (D2) et le transistor (TBST) du deuxième étage de conversion étant formés par la diode (D2) et le transistor (TBST) de ladite au moins une branche de l'onduleur (OND). 9. System according to claim 8, comprising an undulator (OND) between the output of the system (S) and the coil (L), said inverter comprising at least one branch comprising at least one diode (D2) and a transistor (TBST). , the diode (D2) and the transistor (TBST) of the second conversion stage being formed by the diode (D2) and the transistor (TBST) of said at least one branch of the inverter (OND). 10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le réseau est un réseau électrique monophasé (RES). 10. System according to any one of claims 1 to 9, wherein the network is a single-phase electrical network (RES). 11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la batterie (BAT) est branchée à une machine électrique de traction (MEL), ladite machine électrique ayant une inductance statorique (MF2) et ladite inductance statorique est utilisée comme moyen de filtrage de l'intensité de la bobine. 11. System according to any one of claims 1 to 10, wherein the battery (BAT) is connected to an electric traction machine (MEL), said electric machine having a stator inductance (MF2) and said stator inductance is used as means of filtering the intensity of the coil. 12. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la sortie du système est connectée à un générateur photovoltaïque (GEN) qui fournit un courant continu (IGEN). 12. System according to any one of claims 1 to 9, wherein the output of the system is connected to a photovoltaic generator (GEN) which supplies a direct current (IGEN).
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