FR3010796A1

FR3010796A1 - Dispositif de controle d'un chargeur de batterie de vehicule automobile, et procede correspondant

Info

Publication number: FR3010796A1
Application number: FR1358928A
Authority: FR
Inventors: Ludovic Merienne; Pedro Kvieska
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2015-03-20
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: FR3010796B1

Abstract

Dispositif de contrôle d'un chargeur de batterie (1) de véhicule automobile à traction électrique ou hybride, et procédé correspondant, le chargeur comprenant un étage redresseur (3) destiné à être relié à un réseau d'alimentation électrique et délivrant un courant à mesurer (In) et un étage élévateur (9) relié à une batterie, le dispositif comprenant : - des moyens de mesure (6) du courant à mesurer, - des premiers moyens d'estimation du courant à mesurer à partir de la puissance fournie en entrée de l'étage redresseur, d'une tension moyenne au sein de l'étage redresseur et des pertes au sein d'au moins l'étage redresseur, et - des deuxièmes moyens d'estimation du courant à mesurer à partir de la tension aux bornes de la batterie, d'un rapport cyclique de l'étage élévateur et d'une puissance consommée par des appareils électriques au sein du véhicule.

Description

Dispositif de contrôle d'un chargeur de batterie de véhicule automobile, et procédé correspondant L'invention concerne les chargeurs de batterie de véhicule automobile à traction électrique ou hybride. Ces chargeurs sont destinés à prélever de l'énergie électrique à un réseau d'alimentation électrique pour alimenter une batterie de stockage d'énergie. En général, ces chargeurs comprennent un étage redresseur, de type « Buck » qui est raccordé au réseau électrique au moyen d'un filtre d'entrée. Et ces chargeurs comprennent ensuite un étage élévateur de tension de type « Boost » auquel on connecte la batterie à charger. Un tel chargeur est décrit dans le document WO 2012 140374.

Pour un réseau d'alimentation triphasée, on connaît en général par des mesures les tensions de chaque phase du réseau ainsi que les courants qui circulent sur chaque phase. On peut également mesurer le courant en sortie de l'étage redresseur, couramment appelé courant neutre. C'est ce courant neutre qui alimente l'étage élévateur de tension, éventuellement après avoir traversé les enroulements d'un stator du véhicule. On connaît également par des mesures le courant qui circule à travers la batterie, ainsi que le courant consommé par un convertisseur électrique de type continu-continu alimenté par la batterie. C'est ce convertisseur qui fournit la tension de bord du véhicule automobile. Le courant neutre est en général très important, par exemple de l'ordre d'une cinquantaine d'ampères, et ce avec très peu de puissance en entrée. Il est possible d'utiliser un module de protection pour protéger le chargeur d'une élévation trop importante du courant neutre.

Il a donc été proposé de couper la charge si ce courant neutre dépasse un seuil. Cela étant, cette protection dépend du capteur de courant utilisé pour mesurer le courant neutre. En cas de défaillance du capteur, par exemple si la mesure est bloquée à une valeur ou si le capteur est mal étalonné, le système peut très rapidement devenir instable et la protection contre les élévations de courant neutre devient inefficace. Il a donc été proposé des procédés pour déterminer si le capteur et défaillant. Ces procédés ne sont pas suffisamment fiables. Aussi, il n'est pas possible de déduire des autres mesures de courant le courant neutre, car ce courant neutre peut être destructeur alors que les autres mesures de courant sont dans des plages de valeurs autorisées.

On notera que le courant neutre est le plus important au sein du chargeur et qu'il est donc particulièrement intéressant de s'assurer que le capteur qui le mesure n'est pas défaillant De l'état de la technique antérieure, on connaît le document EP 2395622 qui décrit un procédé de diagnostique dans lequel on compare la puissance prélevée et la puissance de consigne. Si la puissance tombe en dessous d'un certain seuil, la charge se coupe. Il a également été proposé d'utiliser 3 capteurs identiques pour effectuer la mesure du courant neutre. Cette solution, qui permet de déterminer si un des capteurs est défaillant, a pour inconvénient de nécessiter un nombre élevé de composants et d'avoir un coût élevé. L'invention a donc pour but d'obtenir un bon contrôle de cette mesure de courant, c'est-à-dire un contrôle fiable, et qui nécessite peu de composants. Selon un aspect, il est proposé un dispositif de contrôle d'un chargeur de batterie de véhicule automobile à traction électrique ou hybride, le chargeur comprenant un étage redresseur destiné à être relié à un réseau d'alimentation électrique et délivrant un courant à mesurer et un étage élévateur relié à une batterie, le dispositif comprenant : - des moyens de mesure du courant à mesurer, - des premiers moyens d'estimation du courant à mesurer à partir de la puissance fournie en entrée de l'étage redresseur, d'une tension moyenne au sein de l'étage redresseur et des pertes au sein d'au moins l'étage redresseur, et - des deuxièmes moyens d'estimation du courant à mesurer à partir de la tension aux bornes de la batterie, d'un rapport cyclique de l'étage élévateur et d'une puissance consommée par des appareils électriques au sein du véhicule.

En utilisant une unique mesure du courant issu de l'étage redresseur (le courant neutre), et deux estimations, on a une bonne indication sur la valeur de ce courant. Le dispositif peut comprendre des moyens de comparaison du courant mesuré par les moyens de mesure, et des courants estimés par les premier et deuxième moyens d'estimation. En comparant ces valeurs de courant, on peut déterminer simplement si le capteur utilisé est défaillant, en particulier si les deux estimations sont égales, mais que la valeur mesurée est différente. En outre, on peut déterminer s'il y a une défaillance d'autres capteurs qui ne mesurent pas le courant neutre, si par exemple le courant mesuré est égal à une valeur de courant estimé mais que l'autre valeur de courant estimé est différente. Le dispositif peut comprendre en outre des moyens configurés pour arrêter la charge de la batterie reliés aux moyens de comparaison.

On obtient ainsi une bonne protection contre les élévations de courant. La valeur de puissance consommée par des appareils électriques au sein du véhicule peut être obtenue à partir des puissances consommées par un convertisseur électrique continu- continu et par un système de climatisation. Selon un autre aspect, il est proposé un véhicule automobile comprenant le dispositif décrit ci-avant. Selon encore un autre aspect, il est proposé un procédé de contrôle d'un chargeur de batterie de véhicule automobile à traction électrique ou hybride, le chargeur comprenant un étage redresseur destiné à être relié à un réseau d'alimentation électrique et délivrant un courant à mesurer, et un étage élévateur relié à une batterie, le procédé comprenant : - une mesure du courant à mesurer, - une première estimation du courant à mesurer à partir de la puissance fournie en entrée de l'étage redresseur, d'une tension moyenne au sein de l'étage redresseur et des pertes au sein d'au moins l'étage redresseur, - une deuxième estimation du courant à mesurer à partir de la tension aux bornes de la batterie, d'un rapport cyclique de l'étage élévateur et d'une puissance consommée par des appareils électriques au sein du véhicule. Le procédé peut comprendre en outre une comparaison du premier courant mesuré et des courants estimés lors de la première estimation et lors de la deuxième estimation. Le procédé peut comprendre en outre un arrêt de la charge de la batterie en fonction du résultat de la comparaison. La valeur de puissance consommée par des appareils électriques au sein du véhicule peut être obtenue à partir des puissances consommées par un convertisseur électrique continu-continu et par un système de climatisation. D' autres avantages et caractéristiques de l' invention apparaîtront à l'étude de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre de manière schématique un chargeur de véhicule automobile auquel est relié ou comprenant un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 illustre de manière schématique une batterie de véhicule automobile et des éléments alimentés par cette batterie. Sur la figure 1, on a représenté un chargeur d'une batterie 1 de véhicule automobile à traction électrique ou hybride. On a également connecté au chargeur un dispositif DIS selon un mode de réalisation de l' invention. Trois phases sont disponibles pour le chargeur représenté sur cette figure 1. Ces trois phases peuvent être couplées à un réseau d'alimentation triphasé, ou également à un réseau d'alimentation monophasé. Dans ce dernier cas, les deux phases disponibles sont couplées à la phase et au neutre du réseau d'alimentation monophasé, et la troisième phase disponible n'est pas utilisée. En entrée du chargeur, on a disposé des moyens de filtrage 2, comportant par exemple un filtre de compatibilité électromagnétique accompagné par des capacités de filtrage. La sortie des moyens de filtrage 2 est connectée à un étage redresseur 3 comportant un circuit de redressement comprenant des diodes 4 couplées en série avec des interrupteurs 5. Les diodes 4 et les interrupteurs 5 sont disposés dans trois bras, et l'on commande ces trois bras avec trois rapports cycliques différents. Ces trois bras sont reliés en sortie de l'étage redresseur 3 et délivrent le courant In, qui est le courant neutre. On peut disposer un ampèremètre 6 pour mesurer le courant In. L'ampèremètre 6 est en communication avec le dispositif DIS. L'étage redresseur 3 comprend également une bobine 7. Le courant In circule ensuite dans trois enroulements statoriques 8 d'un moteur électrique. D'autres agencements sont possibles dans lesquels le courant neutre ne circule pas dans ces enroulements.

Les trois enroulements statoriques alimentent l'entrée d'un étage élévateur 9 qui alimente directement la batterie 1. L'étage élévateur 9 comprend plusieurs bras munis de diodes 10 et d'interrupteurs 11. Ces trois bras sont contrôlés par un même rapport cyclique.

Bien qu'ils n'aient pas tous été représentés, d'autres capteurs peuvent être disposés au sein du chargeur. En particulier, on peut mesurer les tensions de chaque phase en entrée des moyens de filtrage 2. On peut également mesurer chacun des trois courants qui rentrent dans l'étage redresseur.

Il est également préférable de mesurer la tension aux bornes de la batterie 1, et de mesurer le courant qui circule vers cette batterie. Sur la figure 2, on a représenté de manière simplifiée des éléments d'un chargeur qui alimentent la batterie 1, à partir de la sortie de l'étage redresseur 3.

On a notamment représenté un enroulement statorique 8 par une bobine et une résistance, et on a représenté un bras de l'étage élévateur comprenant une diode 10 et un interrupteur 11. La batterie peut alimenter un convertisseur électrique continu- continu 12 (par exemple capable de fournir la tension de bord du véhicule), ainsi qu'un système de climatisation 13. On peut noter qu'il est en général possible de connaitre les puissances consommées par le convertisseur 12 et par le système de climatisation 13.

Comme indiqué ci-avant, la mesure du courant neutre In peut être mise en oeuvre au moyen du capteur 6, qui est le seul capteur qui mesure ce courant. Selon un aspect de l'invention, on met en oeuvre deux estimations de ce courant In au sein du dispositif DIS. La première estimation est mise en oeuvre en calculant les puissances en entrée et en sortie de l'étage redresseur. La puissance en entrée de l'étage redresseur s'écrit : Pe =Vix /1 +V2x /2 +V3 x/3 Avec : Pe : la puissance en entrée de l'étage redresseur, V1, V2, et V3 : les tensions de chacune des phases, et Il, 12 et 13 : les courants circulants dans chacune des phases. La puissance en sortie de l'étage redresseur s'écrit : Ps =Vkn x In Avec : Vkn = alxV1+ a2xV 2 + a3xV3 Ps : la puissance en sortie de l'étage redresseur, Vkn : la tension moyenne sur un cycle de hachage de l'étage redresseur, al, a2, a3 : le rapport cyclique de chacun des bras de l'étage redresseur. La puissance en entrée Pe est liée à la puissance en sortie Ps par l'équation suivante : Pe = Ps + Pertes Les pertes étant liées à l'étage redresseur et, éventuellement, aux moyens de filtrage 2. Ces pertes peuvent être lues dans une cartographie obtenue préalablement. On peut donc déduire des équations présentées ci avant une valeur du courant In, au moyen de l'équation : In= 1 x(Vlx 11 + V 2 x12 +V3 x13 - Pertes) alxV1+a2xV2+a3xV3 On a bien une estimation du courant à mesurer In à partir de la puissance fournie en entrée de l'étage redresseur, d'une tension moyenne au sein de l'étage redresseur et des pertes au sein d'au moins l'étage redresseur. On peut aussi obtenir une deuxième estimation du courant In. Notamment en fonction de la tension aux bornes de la batterie, d'un rapport cyclique de l'étage élévateur 9 et de la puissance consommée par des appareils électriques 12 et 13 au sein du véhicule.

En se référant au schéma de la figure 2, on a : Ibat + IDCDC + ICLIM = In x (1- aB) Avec : Ibat : le courant qui circule à travers la batterie, IDCDC : le courant qui circule à travers le convertisseur électrique 12, ICLIM : le courant qui circule à travers le système de climatisation, et aB : le rapport cyclique de l'étage élévateur 9. En notant PDCDC la puissance consommée par le convertisseur électrique 12, PCLIM la puissance consommée par le système de climatisation, VBAT la tension aux bornes de la batterie, on a : In = 1 x(Ibat+ PDCDC PCLIM (1- aB) VBAT VBAT On obtient donc une deuxième estimation du courant In. Si les deux estimations sont égales mais que la valeur mesurée du courant In est différente, alors le capteur 6 est défaillant.

Si la première estimation décrite ci-avant est égale à la mesure, alors l'une des mesures relatives à la deuxième estimation est faite avec un capteur défaillant. Enfin, si la deuxième estimation décrite ci-avant est égale à la mesure, alors l'une des mesures relatives à la première estimation est faite avec un capteur défaillant. Il est avantageux d'arrêter la charge de la batterie 1 en cas de défaillance d'un capteur. On peut noter que le dispositif DIS peut être tout type de calculateur embarqué au sein d'un véhicule automobile apte communiquer avec des capteurs. Grâce à l'invention, on obtient une vérification simple et peu coûteuse du fonctionnement du capteur du courant neutre.15

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de contrôle d'un chargeur de batterie (1) de véhicule automobile à traction électrique ou hybride, le chargeur comprenant un étage redresseur (3) destiné à être relié à un réseau d'alimentation électrique et délivrant un courant à mesurer (In) et un étage élévateur (9) relié à une batterie, le dispositif comprenant : - des moyens de mesure (6) du courant à mesurer, - des premiers moyens d'estimation du courant à mesurer à partir de la puissance fournie en entrée de l'étage redresseur, d'une tension moyenne au sein de l'étage redresseur et des pertes au sein d'au moins l'étage redresseur, et - des deuxièmes moyens d'estimation du courant à mesurer à partir de la tension aux bornes de la batterie, d'un rapport cyclique de l'étage élévateur et d'une puissance consommée par des appareils électriques au sein du véhicule.
2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant des moyens de comparaison du courant mesuré (In) par les moyens de mesure (6), et des courants estimés par les premier et deuxième moyens d'estimation.
3. Dispositif selon la revendication 2, comprenant en outre des moyens configurés pour arrêter la charge de la batterie reliés aux moyens de comparaison.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la valeur de puissance consommée par des appareils électriques au sein du véhicule est obtenue à partir des puissances consommées par un convertisseur électrique continu-continu (12) et par un système de climatisation (13).
5. Véhicule automobile comprenant ledit dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.
6. Procédé de contrôle d'un chargeur de batterie (1) de véhicule automobile à traction électrique ou hybride, le chargeur comprenant un étage redresseur (3) destiné à être relié à un réseau d'alimentationélectrique et délivrant un courant à mesurer (In), et un étage élévateur (9) relié à une batterie, le procédé comprenant : - une mesure du courant à mesurer, - une première estimation du courant à mesurer à partir de la puissance fournie en entrée de l'étage redresseur, d'une tension moyenne au sein de l'étage redresseur et des pertes au sein d'au moins l'étage redresseur, - une deuxième estimation du courant à mesurer à partir de la tension aux bornes de la batterie, d'un rapport cyclique de l'étage élévateur et d'une puissance consommée par des appareils électriques au sein du véhicule.
7. Procédé selon la revendication 6, comprenant en outre une comparaison du premier courant mesuré et des courants estimés lors de la première estimation et lors de la deuxième estimation.
8. Procédé selon la revendication 7, comprenant en outre un arrêt de la charge de la batterie (1) en fonction du résultat de la comparaison.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la valeur de puissance consommée par des appareils électriques au sein du véhicule est obtenue à partir des puissances consommées par un convertisseur électrique continu-continu (12) et par un système de climatisation (13).25