FR3022087A1 - Systeme pour vehicule hybride de recharge de la batterie de traction et d'alimentation d'une prise de courant alternatif - Google Patents

Systeme pour vehicule hybride de recharge de la batterie de traction et d'alimentation d'une prise de courant alternatif Download PDF

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Abstract

Système pour véhicule hybride de recharge d'une batterie de traction basse tension (14), et d'alimentation d'une prise de courant alternatif de ce véhicule (22), à partir d'un réseau extérieur très basse tension (2) délivrant un courant continu très basse tension prévu pour recharger la batterie du réseau de bord (10), caractérisé en ce qu'il comporte un premier étage commun (24) réalisant une augmentation de la tension fournie par le réseau extérieur très basse tension (2), qui peut délivrer un courant continu basse tension de recharge de la batterie de traction (14), et qui peut alimenter un deuxième étage (26) réalisant une conversion donnant un courant alternatif délivré à la prise de courant (22).

Description

SYSTEME POUR VEHICULE HYBRIDE DE RECHARGE DE LA BATTERIE DE TRACTION ET D'ALIMENTATION D'UNE PRISE DE COURANT ALTERNATIF La présente invention concerne un système pour véhicule hybride rechargeable sur un réseau extérieur, de recharge de la batterie de traction et d'alimentation d'une prise de courant alternatif, ainsi qu'un véhicule hybride équipé d'un tel système de recharge. Un type de véhicule hybride électrique connu comporte un moteur thermique entraînant des roues motrices par une transmission, et au moins une machine électrique auxiliaire de traction reliée par un onduleur à un dispositif de stockage de l'énergie basse tension, appelé par la suite batterie de traction, pouvant fonctionner en moteur en délivrant un couple complémentaire, ou en génératrice pour recharger cette batterie en récupérant une énergie cinétique du véhicule. La machine électrique auxiliaire peut être un alterno-démarreur relié en permanence au moteur thermique, ou une machine électrique de traction reliée directement aux roues du véhicule. Le véhicule peut aussi comporter plusieurs machines électriques auxiliaires.
La batterie basse tension de traction peut présenter en particulier une tension nominale de 48, 200 ou 300V. Elle peut comporter des cellules électrochimiques utilisant les différentes technologies connues, comme des cellules au Li-Ion ou au NiMh, ou des condensateurs électriques. Cette batterie peut comporter un seul ensemble, ou plusieurs ensembles distincts, disposés en parallèle ou en série. Le circuit basse tension vient en complément du circuit très basse tension du véhicule formant le réseau de bord, équipé généralement d'une batterie présentant une tension nominale de 12V. On peut réaliser avec ces véhicules hybrides différents modes de 30 fonctionnement, comportant notamment un mode électrique ou « ZEV » sans émission de gaz polluants, avec la motorisation électrique seule, un mode hybride et un mode sport associant les deux motorisations pour favoriser respectivement la consommation et les performances du véhicule. Par ailleurs certains véhicules hybrides électriques appelés « Plug-in », peuvent être alimentés sur une prise très basse tension d'un réseau extérieur de distribution d'électricité quand le véhicule est garé à une place de parking, moteur arrêté, permettant de recharger directement la batterie du réseau de bord. Le réseau extérieur très basse tension permet en même temps de recharger la batterie de traction en passant par un premier convertisseur, et de délivrer un courant alternatif de 220V à une prise de courant du véhicule en passant par un deuxième convertisseur. La prise de courant permet en particulier d'alimenter dans l'habitacle des appareils portables, comme un ordinateur ou un téléphone. Il faut alors pour ces véhicules hybrides prévoir deux convertisseurs différents de conversion du courant pour répondre à ces deux besoins. Ces deux convertisseurs constituent deux ensembles présentant un encombrement qu'il faut loger dans le véhicule, et ajoutent une masse ainsi que des coûts relativement importants. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un système pour véhicule hybride, de recharge d'une batterie de traction basse tension reliée à une machine électrique auxiliaire, et d'alimentation d'une prise de courant alternatif de ce véhicule, à partir d'un réseau extérieur délivrant un courant continu très basse tension prévu pour recharger la batterie très basse tension du réseau de bord, caractérisé en ce qu'il comporte un premier étage commun réalisant une augmentation de la tension fournie par le réseau extérieur très basse tension, qui peut délivrer un courant continu basse tension de recharge de la batterie de traction, et qui peut alimenter un deuxième étage réalisant une conversion donnant un courant alternatif délivré à la prise de courant.
Un avantage de ce système de recharge est que l'on bénéficie d'un unique premier étage d'un convertisseur pour alternativement recharger directement la batterie de traction avec un courant continu basse tension, et pour alimenter le deuxième étage délivrant le courant alternatif, ce qui permet d'éviter l'utilisation de deux premiers étages indépendants dans le cas de deux convertisseurs séparés. On gagne ainsi un volume, et on réduit la masse et les coûts. Le système de recharge et d'alimentation selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement le premier étage commun comporte un régulateur de tension variable continue. Avantageusement, le régulateur de tension du premier étage délivre une tension nominale qui peut atteindre sensiblement 300V.
En particulier, le régulateur de tension peut être prévu pour délivrer une tension nominale de 48, 200 ou 300V. Avantageusement, le premier étage commun comporte un transformateur qui délivre un courant alternatif à un régulateur de tension. Dans ce cas, le premier étage commun peut comporter des commutateurs électroniques produisant un courant périodique qui alimente l'enroulement primaire du transformateur. Avantageusement, le deuxième étage comporte un système équipé de commutateurs électroniques formant le courant alternatif délivré à la prise de courant.
L'invention a aussi pour objet un véhicule hybride électrique équipé d'une batterie de traction basse tension reliée à une machine électrique auxiliaire, et d'une prise de courant alternatif, ce véhicule comportant un système de recharge de cette batterie et d'alimentation de cette prise, 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 général de l'architecture électrique d'un système de recharge selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue de détail du convertisseur de ce système délivrant le courant alternatif ; - la figure 3 est un schéma général de l'architecture électrique d'un système de recharge selon l'invention ; et - la figure 4 est une vue de détail de l'unique convertisseur de ce 10 système. La figure 1 présente un support fixe d'une place de parking 2, comportant une alimentation en courant alternatif 230VAC fournie par un réseau de distribution d'électricité, qui alimente un chargeur extérieur 4 délivrant un courant très basse tension 12VDC continu à un cordon 15 d'alimentation se terminant par une prise mobile 6. Le chargeur extérieur 4 est prévu pour délivrer le courant très basse tension à un véhicule hybride Veh comportant un moteur thermique, et une machine auxiliaire de traction alimentée par une batterie basse tension 14, afin de recharger cette batterie pour augmenter pendant le roulage suivant 20 l'énergie électrique disponible, et réduire la consommation de carburant du moteur thermique. Après avoir garé le véhicule hybride sur la place de parking et arrêté le moteur thermique, le conducteur branche la prise mobile 6 sur une prise fixe 8 de ce véhicule, ce qui permet si nécessaire de recharger directement la 25 batterie très basse tension 10 du réseau de bord de ce véhicule. On notera que la très basse tension 12V délivrée par le chargeur extérieur 4 présente peu de danger, ce qui permet de disposer d'une installation comprenant les prises mobile 6 et fixe 8, qui est simple et économique, n'étant pas soumise à des normes complexes de sécurité.
Le chargeur extérieur 4 fournit le courant très basse tension 12V à un premier convertisseur 12, qui monte cette tension pour délivrer un courant continu basse tension à la batterie de traction du véhicule 14. En particulier la basse tension continue peut être de 48, 200 ou 300V, qui sont des valeurs couramment utilisées pour les véhicules hybrides. La batterie très basse tension 10 fournit le courant très basse tension 12V à un deuxième convertisseur 20, qui délivre un courant alternatif 220VAC à une prise de courant 22 installée dans l'habitacle du véhicule. On notera que le véhicule étant roulant, la prise de courant 22 est alimentée par la batterie très basse tension 10 rechargée en permanence par l'alternateur entraîné par le moteur thermique. Le véhicule étant arrêté, la prise de courant 22 consomme alors l'énergie contenue dans la batterie très basse tension 10. En branchant le chargeur extérieur 4 sur le véhicule, cette prestation est maintenue sans risquer de décharger la batterie très basse tension 10. Le deuxième convertisseur détaillé figure 2, comporte un premier étage 24 réalisant une conversion du courant continu d'entrée très basse tension 12VDC en un courant continu basse tension, qui est inférieur à 300V, puis un deuxième étage 26 réalisant la conversion de ce courant continu basse tension en courant alternatif 220VAC. On a alors en parallèle le premier convertisseur 12 pour la batterie de traction basse tension 14, et le deuxième convertisseur 20 pour la prise de courant 22. Il faut prévoir dans le véhicule un emplacement pour ces deux convertisseurs 12, 20, ainsi que des coûts correspondants.
En particulier les puissances du premier 12 est du deuxième convertisseur 20 peuvent être similaires. Une puissance identique, par exemple de 120W, peut convenir pour les véhicules hybrides. La figure 3 présente un système de recharge selon l'invention, comprenant un unique convertisseur 30 comportant comme pour le convertisseur 20 présenté figure 1, un premier étage 24 délivrant un courant continu basse tension, et un deuxième étage 26 délivrant le courant alternatif 220VAC. La batterie de traction basse tension 14 est rechargée directement par le courant continu basse tension délivré par le premier étage 24, délivrant une tension adaptée. La figure 4 détaille le premier étage 24 du convertisseur 30 comprenant une self d'entrée 42 qui est associée à deux commutateurs électroniques 32, afin de générer un courant périodique très basse tension dans l'enroulement primaire 34 d'un transformateur.
L'enroulement secondaire 36 de ce transformateur fournit un courant basse tension alternatif à un régulateur de tension variable 38 comportant des commutateurs électroniques, qui redresse le courant et adapte sa tension afin de délivrer un courant continu DCoutput avec une tension comprise entre 0 et 300V. Ce courant continu est filtré par une capacité 40.
Le deuxième étage 26 du convertisseur 30 comporte un pont de commutateurs électroniques 42, qui génère un courant alternatif 220VAC délivré à la prise de courant 22. De cette manière on utilise un premier étage commun 24 pour transformer la très basse tension continue 12VDC en basse tension continue 0-300VDC avec une adaptation de la tension, qui est utilisée alternativement pour la recharge de la batterie de traction 14 lorsque le moteur thermique est à l'arrêt en délivrant une première tension adaptée pour cette batterie, et pour la transformation en courant alternatif par le deuxième étage 26 en délivrant une deuxième tension qui est aussi adaptée, permettant de disposer de ce courant en dehors des recharges de la batterie de traction. En utilisant pour le convertisseur 30 une petite puissance, notamment de 120W, similaire à celle des systèmes de recharge selon l'art antérieur, on peut utiliser cette même puissance pour alternativement recharger la batterie de traction 14 avec le moteur à l'arrêt, ou alimenter la prise de courant 22 dans les autres phases de vie, en particulier pendant le roulage. Chacune de ces fonctions bénéficie alors de la même puissance.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1 - Système pour véhicule hybride de recharge d'une batterie de traction basse tension (14) reliée à une machine électrique auxiliaire, et d'alimentation d'une prise de courant alternatif de ce véhicule (22), à partir d'un réseau extérieur (2) délivrant un courant continu très basse tension prévu pour recharger la batterie très basse tension du réseau de bord (10), caractérisé en ce qu'il comporte un premier étage commun (24) réalisant une augmentation de la tension fournie par le réseau extérieur très basse tension (2), qui peut délivrer un courant continu basse tension de recharge de la batterie de traction (14), et qui peut alimenter un deuxième étage (26) réalisant une conversion donnant un courant alternatif délivré à la prise de courant (22).
  2. 2 - Système de recharge selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que le premier étage commun (24) comporte un régulateur de tension variable continue (38).
  3. 3 - Système de recharge selon la revendication 2, caractérisé en ce que le régulateur de tension (38) du premier étage (24) délivre une tension nominale qui peut atteindre sensiblement 300V. 20
  4. 4 - Système de recharge selon la revendication 3, caractérisé en ce que le régulateur de tension (38) est prévu pour délivrer une tension nominale de 48, 200 ou 300V.
  5. 5 - Système de recharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier étage commun (24) comporte 25 un transformateur (34, 36) qui délivre un courant alternatif à un régulateur de tension (38).
  6. 6 - Système de recharge selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier étage commun (24) comporte des commutateurs électroniques (32) produisant un courant périodique qui alimente 30 l'enroulement primaire du transformateur (34).
  7. 7 - Système de recharge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième étage (26) comporte un système équipé de commutateurs électroniques (42) formant le courant alternatif délivré à la prise de courant (22).
  8. 8 - Véhicule hybride électrique équipé d'une batterie de traction basse tension (14) reliée à une machine électrique auxiliaire, et d'une prise de courant alternatif (22), caractérisé en ce qu'il comporte un système de recharge de cette batterie (14) et d'alimentation de cette prise (22), réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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