FR3018007A1 - Dispositif pour vehicule hybride de recharge d'une batterie basse tension a partir du reseau tres basse tension - Google Patents

Dispositif pour vehicule hybride de recharge d'une batterie basse tension a partir du reseau tres basse tension Download PDF

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Abstract

Dispositif de recharge des cellules de stockage d'énergie d'une batterie basse tension (18) d'alimentation d'au moins une machine électrique dédiée à la traction (22), pour un véhicule hybride électrique disposant d'un moteur thermique, et d'un réseau de bord (4) équipé d'une batterie très basse tension (6) qui peut être chargée à partir d'un convertisseur (14) alimenté par un réseau extérieur de distribution d'électricité (12), caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur DC/DC embarqué prévu pour recharger la batterie basse tension (18) à partir du réseau de bord (4) en cours de charge par le réseau extérieur (12), et un système de gestion et de supervision effectuant le contrôle de cette recharge.

Description

DISPOSITIF POUR VEHICULE HYBRIDE DE RECHARGE D'UNE BATTERIE BASSE TENSION A PARTIR DU RESEAU TRES BASSE TENSION La présente invention concerne un dispositif de recharge des cellules de stockage d'énergie d'une batterie basse tension d'un véhicule hybride électrique, qui alimente des machines électriques de traction, ainsi qu'un véhicule hybride équipé d'un tel dispositif. Un type de véhicule hybride électrique connu, présenté notamment par le document FR-A1-2955532, comporte un moteur thermique de traction entraînant les roues du train avant, qui est couplé de manière permanente à une machine électrique avant secondaire pouvant fonctionner en moteur, notamment pour démarrer ce moteur thermique, et en génératrice pour recharger par un onduleur un dispositif de stockage de l'énergie, appelé par la suite batterie basse tension. D'une manière générale, la batterie basse tension peut comporter tous types de cellules électrochimiques, comme des cellules utilisant les technologies Lilon ou NiMh, ou des condensateurs électriques. La batterie basse tension, comportant une tension qui peut être par exemple de l'ordre de 250V, alimente une machine électrique arrière principale entraînant les roues du train arrière, fonctionnant en moteur pour délivrer un couple sur ces roues, ou en génératrice afin de récupérer l'énergie cinétique du véhicule en rechargeant cette batterie. Le circuit basse tension vient en complément du circuit très basse tension installé généralement sur tous les véhicules, équipé d'une batterie très basse tension, pour alimenter le réseau de bord avec une tension qui est généralement de l'ordre de 12V. On peut ainsi réaliser différents modes de fonctionnement, comportant notamment un mode sans émission de gaz polluants avec uniquement la 30 motorisation électrique, appelé mode électrique ou mode « ZEV », un mode hybride et un mode sport associant les deux motorisations pour favoriser respectivement la consommation et les performances du véhicule, et un mode avec les quatre roues motrices permettant d'améliorer la motricité. Par ailleurs certains véhicules hybrides électriques appelés « Plug-in », comportent une batterie basse tension qui peut être rechargée directement sur une prise extérieure quand le véhicule est garé à une place de parking équipé de cette prise, en branchant un câble d'alimentation qui délivre directement la tension correspondant à cette batterie. Le véhicule stocke ainsi une énergie électrique permettant de réduire pour les roulages suivant la part d'énergie délivrée par le moteur thermique en consommant le carburant, ce qui diminue sur ces trajets les émissions polluantes, notamment de gaz carbonique. De plus l'énergie délivrée par le réseau électrique est en général moins chère que celle produite à partir du carburant. Toutefois un problème qui se pose avec ce procédé de recharge de la batterie basse tension, est qu'il faut utiliser un système de connexion particulier adapté pour les véhicules électriques et hybrides, prévu généralement pour délivrer des puissances importantes, qui est hautement sécurisé afin d'éviter des accidents notamment sur les personnes. Ces systèmes de connexion soumis à des normes de sécurité strictes sont chers, et sont généralement peu répandus. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un dispositif de recharge des cellules de stockage d'énergie d'une batterie basse tension d'alimentation d'au moins une machine électrique dédiée à la traction, pour un véhicule hybride électrique disposant d'un moteur thermique, et d'un réseau de bord équipé d'une batterie très basse tension qui peut être chargée à partir d'un convertisseur alimenté par un réseau extérieur de distribution d'électricité, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur DC/DC embarqué prévu pour recharger la batterie basse tension à partir du réseau de bord en cours de charge par le réseau extérieur, et un système de gestion et de supervision effectuant le contrôle de cette recharge. Un avantage de ce dispositif de recharge est qu'en utilisant le courant venant de la batterie très basse tension pour recharger les cellules de stockage de la batterie basse tension, on prend en passant par un convertisseur l'énergie de recharge de cette batterie très basse tension, qui peut être délivrée par tous types de réseaux de distribution d'électricité domestique disposant de prises ordinaires très répandues, et de fonctions de sécurité déjà intégrées dans les bâtiments pour alimenter ces prises.
On obtient alors une possibilité de recharge des cellules de stockage avec une puissance qui peut être modérée, mais à partir de réseaux très répandus, et avec des moyens économiques qui ne sont pas soumis aux normes de sécurité particulières des systèmes de recharge directe des batteries basses tension des véhicules électriques ou hybrides.
Le dispositif de recharge des cellules de stockage d'une batterie basse tension selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le convertisseur DC/DC de recharge des cellules est intégré dans la batterie basse tension.
Avantageusement, le système de gestion et de supervision est intégré dans la batterie basse tension. Avantageusement, le dispositif de recharge comporte des moyens de contrôle des connecteurs de puissance sur la batterie basse tension, comprenant un contact passant au travers de chacun de ces connecteurs, qui envoie un signal très basse tension. Avantageusement, le dispositif de recharge comporte des moyens qui autorisent le démarrage de la recharge des cellules de stockage si elles ne sont pas pleines, et si aucun défaut ayant détérioré le système ou mettant l'utilisateur en danger n'a été détecté Avantageusement, le dispositif de recharge comporte des moyens qui demandent l'arrêt de la recharge des cellules de stockage si elles sont pleines, si une temporisation de charge prédéfinie est écoulée, si un défaut est détecté, ou si l'information de présence du chargeur extérieur ou de la bonne adaptation de sa tension délivrée disparaît. L'invention a aussi pour objet un véhicule hybride disposant d'un moteur thermique, d'une batterie basse tension d'alimentation d'au moins une machine électrique dédiée à la traction, et d'un réseau de bord équipé d'une batterie très basse tension qui peut être rechargée à partir d'un convertisseur alimenté par un réseau extérieur de distribution d'électricité, ce véhicule comportant un dispositif de recharge des cellules de stockage d'énergie de la batterie basse tension, comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'une architecture globale d'un véhicule hybride comportant un dispositif de recharge selon l'invention, raccordé à un réseau de distribution d'électricité extérieur ; et - la figure 2 est un schéma du système de batterie basse tension de ce 20 véhicule. La figure 1 présente un véhicule hybride 2 comportant un moteur thermique qui peut être du type essence ou Diesel, entraînant les roues motrices par une transmission. Le véhicule 2 comporte un réseau de bord très basse tension 4 équipé 25 d'une batterie très basse tension 6, qui est reliée à un connecteur embarqué 10 permettant la recharge par un réseau domestique extérieur de distribution d'électricité 12. Le réseau de distribution extérieur peut comporter différentes tension, il peut délivrer en particulier un courant alternatif de 220V. Pour cette recharge on utilise un convertisseur extérieur portable 30 AC/DC 14, convertissant le courant alternatif du réseau extérieur en un courant continu de recharge de la batterie très basse tension 6, qui est délivré au véhicule garé à une place de parking, par un connecteur extérieur 16 relié au connecteur embarqué 10. On n'a alors pas de risque avec cette connexion très basse tension, en particulier de 12V, qui n'est pas dangereuse pour les personnes.
La puissance délivrée par le convertisseur extérieur 14, qui peut être relativement limité, dépend de la puissance que peut fournir la prise d'alimentation du réseau de distribution d'électricité 12, et de la puissance de ce convertisseur. On peut en particulier utiliser un convertisseur extérieur d'un type couramment répandu et produit de manière économique, prévu pour recharger les batteries des réseaux de bord des véhicules, ou tout autre type de batterie très basse tension comme celle d'un ordinateur ou d'un appareil domestique portable. Le réseau de bord très basse tension 4 est relié à une batterie basse tension 18, alimentant un bloc d'adaptation du courant délivré par cette batterie 20, qui est lui-même relié aux machines électriques de traction du véhicule 22. Les machines électriques de traction 22 peuvent aussi recharger la batterie basse tension 18 par un fonctionnement en génératrice, en prélevant une énergie cinétique du véhicule lors des freinages, ou une énergie délivrée par le moteur thermique. La figure 2 présente la batterie basse tension 18 comprenant un connecteur d'entrée 26 relié à la masse du véhicule 28, au réseau très bas tension, ainsi qu'à un réseau d'échange d'informations sur le fonctionnement du véhicule.
La batterie basse tension 18 dispose en particulier d'une information sur l'état du chargeur extérieur 14 qui recharge la batterie très basse tension 6, indiquant notamment si la tension délivrée est correcte. Le connecteur d'entrée 26 distribue la très basse tension 34 à un convertisseur de tension DC/DC interne 42, qui convertit la très basse 30 tension en basse tension, par exemple le 12V en 250V, pour alimenter par l'intermédiaire d'un fusible 32 les cellules de stockage d'énergie 30.
La très basse tension 34 est aussi distribuée à un bloc d'alimentation 36 de moyens de ventilation 38, qui refroidissent les cellules de stockage d'énergie 30 ou le convertisseur DC/DC 42 suivant les besoins, et à un dispositif interne de gestion 40 de la batterie basse tension 18, permettant de contrôler et d'actionner tous les éléments internes de cette batterie. En particulier le dispositif de gestion 40 contrôle la recharge des cellules 30 à partir de la batterie très basse tension 6. Des contacteurs basse tension 44 reçoivent l'énergie des cellules de stockage 30, pour alimenter quand le véhicule est en fonctionnement, son réseau basse tension comprenant les machines électriques de traction. Ces contacteurs basse tension 44 permettent aussi à l'inverse de recharger les cellules de stockage 30 à partir d'une énergie délivrée par les machines électriques de traction du véhicule. Les contacteurs basse tension 44 peuvent notamment utiliser une technologie comprenant des semi-conducteurs. En particulier la batterie basse tension 18 comporte un premier connecteur de puissance 46 faisant transiter la puissance nécessaire au système de contrôle des machines électriques de traction 48, et en passant par un fusible 52, un deuxième connecteur de puissance 50 alimentant d'autres consommateurs de type basse tension montés en option, comme un compresseur de climatisation 54 par exemple. Un moyen de contrôle 56 de la connexion des connecteurs de puissance 46, 50, comprenant un contact passant au travers de chacun de ces connecteurs de puissance, permet de détecter un de leur débranchement sur la batterie basse tension 18, en envoyant un signal très basse tension au connecteur d'entrée 26 qui est transmis au réseau d'échange d'informations du véhicule. Le fonctionnement de la batterie basse tension 18 est le suivant. Si le chargeur extérieur 14 est connecté au véhicule et la tension qu'il délivre est correcte, la batterie basse tension 18 autorise la recharge de ses cellules de stockage 30 à condition qu'elles ne soient pas pleines, et qu'aucun défaut ayant détérioré le système ou mettant l'utilisateur en danger n'ait été détecté La recharge des cellules de stockage 30 est ensuite interrompue notamment dans les cas suivants, les cellules sont pleines, une temporisation de charge prédéfinie est écoulée, un défaut est détecté, ou l'information de présence du chargeur extérieur 14 ou de la bonne adaptation de sa tension délivrée disparaît. On obtient ainsi une possibilité de recharge de la batterie basse tension 18, à partir d'un courant électrique disponible de manière économique, qui est délivré par des prises très répandues, et avec un bon niveau de sécurité. On notera que la présence des moyens de ventilation 38 n'est pas impérative, elle dépend notamment du besoin de refroidissement des cellules de stockage d'énergie 30 en cours de fonctionnement du véhicule. On notera aussi que le convertisseur de tension DC/DC 42 peut être utilisé de manière réversible pour recharger la batterie très basse tension 6 à partir d'une énergie prélevée sur les cellules 30 de la batterie basse tension 18, notamment pour supporter ce réseau très basse tension en cas de forte consommation dessus, ou pour créer un autre réseau très basse tension parallèle. Dans ce premier cas il faut en particulier synchroniser ce convertisseur 42 avec les moyens habituels de recharge de la batterie très basse tension 6.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1 - Dispositif de recharge des cellules de stockage d'énergie (30) d'une batterie basse tension (18) d'alimentation d'au moins une machine électrique dédiée à la traction (22), pour un véhicule hybride électrique disposant d'un moteur thermique, et d'un réseau de bord (4) équipé d'une batterie très basse tension (6) qui peut être chargée à partir d'un convertisseur (14) alimenté par un réseau extérieur de distribution d'électricité (12), caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur DC/DC embarqué (42) prévu pour recharger la batterie basse tension (18) à partir du réseau de bord (4) en cours de charge par le réseau extérieur (12), et un système de gestion et de supervision (40) effectuant le contrôle de cette recharge.
  2. 2 - Dispositif de recharge selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur DC/DC (42) de recharge des cellules (30) est intégré dans la batterie basse tension (18).
  3. 3 - Dispositif de recharge selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le système de gestion et de supervision (40) est intégré dans la batterie basse tension (18).
  4. 4 - Dispositif de recharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de contrôle (56) des connecteurs de puissance (46, 50) sur la batterie basse tension (18), comprenant un contact passant au travers de chacun de ces connecteurs, qui envoie un signal très basse tension.
  5. 5 - Dispositif de recharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens qui autorisent le démarrage de la recharge des cellules de stockage (30) si elles ne sont pas pleines, et si aucun défaut ayant détérioré le système ou mettant l'utilisateur en danger n'a été détecté
  6. 6 - Dispositif de recharge selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens qui demandent l'arrêt de la recharge des cellules de stockage (30) si elles sont pleines, siune temporisation de charge prédéfinie est écoulée, si un défaut est détecté, ou si l'information de présence du chargeur extérieur (14) ou de la bonne adaptation de sa tension délivrée disparaît.
  7. 7 - Véhicule hybride électrique disposant d'un moteur thermique, d'une batterie basse tension (18) d'alimentation d'au moins une machine électrique dédiée à la traction (48), et d'un réseau de bord (4) équipé d'une batterie très basse tension (6) qui peut être rechargée à partir d'un convertisseur (14) alimenté par un réseau extérieur de distribution d'électricité (12), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de recharge des cellules de stockage d'énergie (30) de la batterie basse tension (18), réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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