FR3081266A1 - SYSTEM AND METHOD FOR NON-CONTACT ELECTRIC POWER TRANSFER BETWEEN A DEVICE ATTACHED TO THE GROUND AND A VEHICLE - Google Patents
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Abstract
Système de transfert de puissance sans contact entre un dispositif d'alimentation électrique fixe au sol (DISP) comprenant un premier convertisseur (20) destiné à être couplé à une source de tension continue (10) et alimentant un premier circuit résonant (30) comprenant au moins une bobine primaire (L30), et un véhicule (VEH) comprenant un deuxième convertisseur (50) destiné à être couplé au réseau (70) de puissance embarqué et relié à un deuxième circuit résonant (80) comprenant au moins une bobine secondaire (L80), ledit système étant apte à transférer une puissance électrique par induction entre les deux bobines formant un coupleur magnétique et comprenant une première unité de traitement (UT40) apte à piloter les cellules de commutation (CEL21, CEL22, CEL23, CEL24) de la première alimentation (20) et une deuxième unité de traitement (UT90) apte à piloter les cellules de commutation (CEL51, CEL52, CEL53, CEL 54) de la deuxième alimentation (50). Chaque unité de traitement est configurée pour réguler le déphasage (ϕE, ϕS) non nul entre le courant et la tension aux bornes de l'un des circuits résonants et réguler la fréquence de commutation des cellules de commutation du convertisseur de puissance alimentant le circuit résonant de manière à suivre une consigne de régulation.A non-contact power transfer system between a ground fixed power supply device (DISP) comprising a first converter (20) for coupling to a DC voltage source (10) and supplying a first resonant circuit (30) comprising at least one primary coil (L30), and a vehicle (VEH) comprising a second converter (50) for coupling to the onboard power grid (70) and connected to a second resonant circuit (80) comprising at least one secondary coil (L80), said system being able to transfer an electrical power by induction between the two coils forming a magnetic coupler and comprising a first processing unit (UT40) capable of driving the switching cells (CEL21, CEL22, CEL23, CEL24) of the first power supply (20) and a second processing unit (UT90) capable of driving the switching cells (CEL51, CEL52, CEL53, CEL54) of the second power supply (50). Each processing unit is configured to regulate the non-zero phase shift (φE, φS) between the current and the voltage across one of the resonant circuits and to regulate the switching frequency of the switching cells of the power converter supplying the resonant circuit. in order to follow a regulation instruction.
Description
Système et procédé de transfert de puissance électrique sans contact entre un dispositif fixe au sol et un véhiculeSystem and method for contactless electrical power transfer between a device fixed to the ground and a vehicle
La présente invention concerne la charge d’un véhicule automobile, notamment la charge sans contact d’un véhicule électrique ou hybride.The present invention relates to the charging of a motor vehicle, in particular the contactless charging of an electric or hybrid vehicle.
Elle concerne plus particulièrement un système et un procédé de charge sans contact d’une batterie d’un véhicule automobile. Il s’agit de permettre un transfert d’énergie depuis le sol vers un véhicule électrique ou hybride roulant à partir d’une ou d’un ensemble de bobine(s) primaire(s) disposé(es) au sol, et d’une ou d’un ensemble de bobine(s) secondaire(s) embarqué(es) dans le véhicule et connecté(es) au réseau de puissance du véhicule au travers d’un étage de conversion permettant d’assurer la gestion d’énergie et le contrôle de la transmission de puissance. Par la suite, afin de simplifier les explications, le système de charge sans contact comprend une bobine au primaire et une bobine au secondaire.It relates more particularly to a system and method for contactless charging of a motor vehicle battery. This is to allow a transfer of energy from the ground to an electric or hybrid vehicle rolling from one or a set of primary coil (s) disposed on the ground, and one or a set of secondary coil (s) on-board in the vehicle and connected to the power network of the vehicle through a conversion stage enabling energy management to be ensured and control of power transmission. Thereafter, in order to simplify the explanations, the contactless charging system comprises a coil in the primary and a coil in the secondary.
Lorsque le véhicule roule sur une route électrique à transmission d’énergie par induction, plusieurs bobines primaires intégrées à la route sont activées et désactivées successivement selon la progression du véhicule sur la route.When the vehicle is traveling on an electric road with induction power transmission, several primary coils integrated into the road are activated and deactivated successively according to the progress of the vehicle on the road.
Afin de pouvoir transmettre de l’énergie par induction, il est nécessaire de magnétiser la lame d’air séparant les deux bobines.In order to be able to transmit energy by induction, it is necessary to magnetize the air gap separating the two coils.
La puissance de charge peut aller d’une dizaine de kW à plus d’une centaine de kW.The charging power can range from ten kW to more than one hundred kW.
Comme les puissances mises en œuvre sont élevées au regard des tailles de bobines compatibles avec un véhicule automobile, il est nécessaire de minimiser les contraintes imposées aux composants du système, notamment les contraintes électriques (tension et/ou courant) dans les composants passifs (bobines et condensateurs des circuits résonants).As the powers used are high with regard to the sizes of coils compatible with a motor vehicle, it is necessary to minimize the constraints imposed on the components of the system, in particular the electrical constraints (voltage and / or current) in the passive components (coils and capacitors of resonant circuits).
Généralement un circuit résonant à fort facteur de qualité est utilisé pour minimiser les pertes dans le système, que ce soit celles par commutation des semi-conducteurs ou encore les pertes par conductions dans ces même semi-conducteurs ou dans les circuits résonants.Generally a resonant circuit with a high quality factor is used to minimize losses in the system, whether it be those by switching semiconductors or even losses by conduction in these same semiconductors or in resonant circuits.
Plusieurs méthodes de pilotage des alimentations à découpage comprenant des transistors alimentant les bobines primaire et secondaire permettent de minimiser les pertes par commutation des transistors, notamment un mode de commutation de type commutation à tension nulle connue par l’homme du métier sous les termes anglosaxons « Zero Voltage Switching » ZVS ou commutation douce, c’està-dire à une fréquence supérieure à la fréquence de résonance avec des pertes au blocage des transistors.Several methods of controlling switching power supplies comprising transistors supplying the primary and secondary coils make it possible to minimize the losses by switching of the transistors, in particular a switching mode of switching type with zero voltage known by a person skilled in the art under the terms "Anglosaxons". Zero Voltage Switching »ZVS or soft switching, ie at a frequency higher than the resonance frequency with losses when the transistors are blocked.
On pourra à cet égard se référer au document FR3043505 qui décrit un système de charge SYS1 sans contact de la batterie d’un véhicule roulant à partir du sol comprenant un circuit résonant de type série-série mettant en œuvre des commutations à tension nulle ZVS à déphasage nul entre courant et tension, c’est-à-dire que les commutations des transistors sont pilotées de sorte que la commutation s’effectue lorsque la tension aux bornes du drain et de la source et l’intensité au drain d’un transistor par exemple à effet de champ sont nulles. Les pertes par commutation sont très réduites.In this regard, reference may be made to the document FR3043505 which describes a contactless charging system SYS1 of the battery of a vehicle traveling from the ground comprising a resonant circuit of the series-series type implementing zero voltage switching ZVS at zero phase shift between current and voltage, that is to say that the switching of the transistors is controlled so that the switching takes place when the voltage across the drain and the source and the current at the drain of a transistor for example field effect are zero. Switching losses are very low.
La figure 1 représente le système SYS1 comprenant un dispositif d’alimentation électrique DISP1 et un véhicule automobile VEH1.Figure 1 shows the SYS1 system comprising a power supply device DISP1 and a motor vehicle VEH1.
Le dispositif DISP1 comprend une source de tension électrique continue 1 raccordée à un convertisseur 2 comprenant des cellules de commutation CEL2a, CEL2b, CEL2c et CEL2d réalisées à partir de transistors T2 et de diodes D2.The device DISP1 comprises a source of direct electrical voltage 1 connected to a converter 2 comprising switching cells CEL2a, CEL2b, CEL2c and CEL2d produced from transistors T2 and diodes D2.
Les sorties du convertisseur 2 sont raccordées à un circuit résonant compensé 3 de type série-série comprenant un condensateur C3 relié en série avec une bobine L3.The outputs of the converter 2 are connected to a compensated resonant circuit 3 of the series-series type comprising a capacitor C3 connected in series with a coil L3.
Le véhicule VEH1 comprend un circuit résonant compensé 4 de type série-série comprenant un condensateur C4 relié en série avec une bobine L4 raccordé à un convertisseur 5 comprenant des cellules de commutation CEL5a, CEL5b, CEL5c et CEL5d réalisées à partir de transistors T5 et de diodes D5.The vehicle VEH1 comprises a compensated resonant circuit 4 of the series-series type comprising a capacitor C4 connected in series with a coil L4 connected to a converter 5 comprising switching cells CEL5a, CEL5b, CEL5c and CEL5d produced from transistors T5 and diodes D5.
Les sorties du convertisseur sont raccordées aux bornes d’une batterie 7. Un condensateur de filtrage 6 est relié aux bornes de la batterie 7.The outputs of the converter are connected to the terminals of a battery 7. A filtering capacitor 6 is connected to the terminals of the battery 7.
Lors d’une charge de la batterie 7, le véhicule VEH1 est placé au-dessus du dispositif DISP1 situé dans le sol de telle façon que les bobines L3 et L4 sont en regard l’une de l’autre afin que la puissance électrique contenue dans la source 1 du dispositif DISP1 puisse être transférée à la batterie 7 du véhicule VEH1. La distance séparant les deux bobines peut aller jusqu’à 30 cm.When charging the battery 7, the vehicle VEH1 is placed above the device DISP1 located in the ground so that the coils L3 and L4 are opposite one another so that the electrical power contained in the source 1 of the device DISP1 can be transferred to the battery 7 of the vehicle VEH1. The distance between the two coils can be up to 30 cm.
Un axe (A) est défini entre les deux bobines L3 et L4 et est équidistant de chacune des bobines.An axis (A) is defined between the two coils L3 and L4 and is equidistant from each of the coils.
Les bobines L3 et L4 forment un coupleur magnétique.The coils L3 and L4 form a magnetic coupler.
Les structures d’une part du convertisseur 2 et du circuit résonant 3 et, d’autre part du convertisseur 5 et du circuit résonant 4, sont symétriques par rapport à l’axe (A).The structures on the one hand of the converter 2 and the resonant circuit 3 and, on the other hand of the converter 5 and the resonant circuit 4, are symmetrical with respect to the axis (A).
Un transfert bidirectionnel de puissance est possible.Bidirectional power transfer is possible.
En fonctionnement, on commande les convertisseurs 2 et 5 de sorte que les déphasages entre courant et tension aux bornes des circuits résonants 3 et 4 soient de valeur nulle, et on fait varier la fréquence de commutation des cellules CEL2a à CEL2d et CEL5a à CEL5d dans le cas d’un redressement synchrone pour atteindre le point de fonctionnement pour la puissance appelée par la charge.In operation, the converters 2 and 5 are controlled so that the phase shifts between current and voltage across the terminals of the resonant circuits 3 and 4 are of zero value, and the switching frequency of cells CEL2a to CEL2d and CEL5a to CEL5d is varied in the case of a synchronous rectification to reach the operating point for the power called up by the load.
La structure symétrique et la même commande des alimentations à découpage 2 et 5 permettent d’obtenir une tension aux bornes des circuits 3 et 4 égale à un facteur multiplicatif près.The symmetrical structure and the same control of the switching power supplies 2 and 5 make it possible to obtain a voltage across the terminals of circuits 3 and 4 equal to a multiplicative factor.
La commande permet la commutation des alimentations à découpage 2 et 5 lors de l’annulation des courants aux bornes des circuits 3 et 4, et assure des commutations douces. Les facteurs de puissances sont égaux à 1 en entrée et en sortie, ce qui permet de minimiser les pertes.The command allows switching of the switching power supplies 2 and 5 when the currents across the terminals of circuits 3 and 4 are canceled, and ensures soft switching. The power factors are equal to 1 at the input and at the output, which minimizes the losses.
Cependant, le mode de fonctionnement du système impose d’avoir de faibles valeurs pour les condensateurs résonants C3 et C4.However, the operating mode of the system requires having low values for the resonant capacitors C3 and C4.
Cela implique des tensions très importantes devant être supportées par lesdits condensateurs.This implies very high voltages to be supported by said capacitors.
Par exemple, pour un système SYS1 d’une puissance de 20 kW, les condensateurs C3 et C4 doivent supporter une tension élevée, pouvant aller au-delà de 4 kV, notamment lorsque la bobine L4 du véhicule est fortement décentrée par rapport à la bobine L3 disposée au sol. Cela restreint la plage des valeurs de décentrage entre les bobines L4 et L3 dans laquelle le transfert d’énergie entre le véhicule VEH1 et le dispositif DISP1 fixé au sol peut avoir lieu sans détériorer les condensateurs C3 et C4, c’est-à-dire la tension aux bornes des condensateurs résonnants reste inférieure à la tension de seuil de chacun des condensateurs C3 et C4.For example, for a SYS1 system with a power of 20 kW, the capacitors C3 and C4 must support a high voltage, which can go beyond 4 kV, in particular when the coil L4 of the vehicle is strongly offset from the coil L3 arranged on the ground. This restricts the range of offset values between the coils L4 and L3 in which the transfer of energy between the vehicle VEH1 and the device DISP1 fixed to the ground can take place without damaging the capacitors C3 and C4, that is to say the voltage across the resonant capacitors remains below the threshold voltage of each of the capacitors C3 and C4.
Ces contraintes limitent la plage de variation de couplage magnétique possible, et donc la tolérance au décentrage entre le dispositif au sol et le véhicule.These constraints limit the range of variation of magnetic coupling possible, and therefore the tolerance to off-center between the device on the ground and the vehicle.
On pourra se référer au document FR2962264 qui décrit un système de charge sans contact utilisant un train d’impulsions prenant en compte des signaux d’un dispositif émetteur au sol pour détecter automatiquement une position adéquate du véhicule et ainsi amorcer la charge. Il ne traite pas du fonctionnement du système pour la charge et un dialogue durant toute la charge est nécessaire entre le dispositif au sol et le véhicule. Cela est difficilement compatible avec une application de charge d’un véhicule roulant.Reference may be made to document FR2962264 which describes a contactless charging system using a pulse train taking into account signals from a transmitter device on the ground to automatically detect an adequate position of the vehicle and thus initiate charging. It does not deal with the operation of the system for charging and dialogue during the entire charge is necessary between the device on the ground and the vehicle. This is hardly compatible with an application for charging a rolling vehicle.
Le document US2006/082323 divulgue un étage de conversion raccordé à un système de transfert de puissance inductif destiné à adapter la tension de la batterie à charger appliquée à ses bornes. Ce document ne divulgue aucune fonction de décharge de la batterie et aucune optimisation du dimensionnement du coupleur magnétique.Document US2006 / 082323 discloses a conversion stage connected to an inductive power transfer system intended to adapt the voltage of the battery to be charged applied to its terminals. This document does not disclose any battery discharge function and no optimization of the dimensioning of the magnetic coupler.
Le document WO2011/146661 présente un système de transfert d’énergie par couplage inductif réversible. L’objet de ce document est la détection d’objets étrangers dans l’entrefer entre les deux bobines formant un coupleur magnétique afin de limiter la puissance de transfert dans ce cas.Document WO2011 / 146661 presents a system of energy transfer by reversible inductive coupling. The object of this document is the detection of foreign objects in the air gap between the two coils forming a magnetic coupler in order to limit the transfer power in this case.
Le document US2015/244176 décrit un système de transfert inductif symétrique et bidirectionnel. Il ne précise pas le pilotage du système.The document US2015 / 244176 describes a symmetrical and bidirectional inductive transfer system. It does not specify the steering of the system.
Le document W02010/104803 divulgue un système de recharge sans fil d’appareils électroportatifs permettant un transfert d’énergie bidirectionnel en mettant en œuvre une bobine dédiée à chaque sens de transfert d’énergie.Document W02010 / 104803 discloses a wireless charging system for electric portable devices allowing bidirectional energy transfer by implementing a coil dedicated to each direction of energy transfer.
Le document W0200310531 1 décrit un système de charge sans fil d’appareils électroportatifs permettant un échange d’énergie entre les batteries de deux appareils électroportatifs par couplage à une platine initialement émettrice.The document WO200310531 1 describes a wireless charging system for electric portable devices allowing an exchange of energy between the batteries of two electric portable devices by coupling to an initially transmitting plate.
Les systèmes de charge décrits dans ces documents ne permettent pas de diminuer les fortes contraintes en tension ou courant du circuit résonant compensé, c’est-à-dire les fortes tensions aux bornes des condensateurs des circuits résonants. De plus, les systèmes de charge mettent en œuvre un dialogue entre le dispositif au sol et le dispositif mobile incorporés dans le système de charge pour asservir la tension de charge aux bornes de la batterie pendant toute la durée de la charge, ce qui est incompatible pour un fonctionnement avec un véhicule en mouvement.The charging systems described in these documents do not make it possible to reduce the high voltage or current constraints of the compensated resonant circuit, that is to say the high voltages across the capacitors of the resonant circuits. In addition, the charging systems implement a dialogue between the device on the ground and the mobile device incorporated in the charging system to control the charging voltage at the terminals of the battery throughout the duration of the charging, which is incompatible. for operation with a moving vehicle.
Le but de l’invention est de pallier ces inconvénients.The object of the invention is to overcome these drawbacks.
Au vu de ce qui précède, l’invention propose un procédé de transfert de puissance sans contact entre un dispositif d’alimentation électrique fixe au sol comprenant un premier convertisseur de puissance couplé à une source de tension continue et à un premier circuit résonant comprenant un premier condensateur, et un véhicule comprenant un deuxième convertisseur de puissance couplé à un réseau de puissance embarqué et relié à un deuxième circuit résonant comprenant un deuxième condensateur.In view of the above, the invention provides a method of contactless power transfer between a fixed ground power supply device comprising a first power converter coupled to a DC voltage source and to a first resonant circuit comprising a first capacitor, and a vehicle comprising a second power converter coupled to an on-board power network and connected to a second resonant circuit comprising a second capacitor.
Selon une caractéristique du procédé selon l’invention, lors d’une étape de transfert de puissance, on régule le déphasage entre le courant et la tension aux bornes de l’un des circuits résonants et en ce que l’on régule la fréquence de commutation des cellules de commutation de l’autre convertisseur de puissance de manière à suivre une consigne de régulation.According to a characteristic of the method according to the invention, during a power transfer step, the phase shift between the current and the voltage across one of the resonant circuits is regulated and in that the frequency of switching of the switching cells of the other power converter so as to follow a regulation setpoint.
Avantageusement, les premier et deuxième convertisseurs de puissance comprennent des cellules de commutation comprenant chacune un transistor commutant à tension nulle à une fréquence déterminée.Advantageously, the first and second power converters comprise switching cells each comprising a transistor switching at zero voltage at a determined frequency.
Par commutation à tension nulle, on entend une tension quasinulle par rapport au mode de commutation de type commutation à tension nulle connue par l’homme du métier sous les termes anglosaxons « Zero Voltage Switching » ZVS ou commutation douce.By zero-voltage switching is meant a near-zero voltage relative to the zero-voltage switching type switching mode known to those skilled in the art under the term "Zero Voltage Switching" ZVS or soft switching.
De préférence, les premier et deuxième convertisseurs sont réversibles et aptes à transférer la puissance électrique depuis la source de tension continue vers le réseau de puissance embarqué ou depuis ledit réseau de puissance embarqué vers ladite source de tension continue.Preferably, the first and second converters are reversible and able to transfer electrical power from the DC voltage source to the on-board power network or from said on-board power network to said DC voltage source.
Selon un premier mode de mise en œuvre, pendant l’étape de transfert de puissance, on régule la fréquence de commutation du premier convertisseur de puissance à une fréquence fixe et on régule le déphasage du deuxième convertisseur de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne.According to a first embodiment, during the power transfer step, the switching frequency of the first power converter is regulated at a fixed frequency and the phase shift of the second power converter is regulated so that the transmitted power is equal to the target power.
Selon un deuxième mode de mise en œuvre, pendant l’étape de transfert de puissance, on régule le déphasage du premier convertisseur de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs soit inférieure à leur valeur de seuil et on régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne.According to a second implementation mode, during the power transfer step, the phase shift of the first power converter is regulated to a fixed value so that the voltage across each of the capacitors is less than their threshold value and the switching frequency of the second power converter is regulated so that the transmitted power is equal to the set power.
Selon un troisième mode de mise en œuvre, pendant l’étape de transfert de puissance, on régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur de puissance à une fréquence fixe et on régule le déphasage du premier convertisseur de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne.According to a third mode of implementation, during the power transfer step, the switching frequency of the second power converter is regulated at a fixed frequency and the phase shift of the first power converter is regulated so that the transmitted power is equal to the target power.
Selon un quatrième mode de mise en œuvre, pendant l’étape de transfert de puissance, on régule le déphasage du deuxième convertisseur de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs soit inférieure à une valeur de seuil et on régule la fréquence de commutation du premier convertisseur de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne.According to a fourth embodiment, during the power transfer step, the phase shift of the second power converter is regulated to a fixed value so that the voltage across each of the capacitors is less than a threshold value and the switching frequency of the first power converter is regulated so that the transmitted power is equal to the set power.
Selon un cinquième mode de mise en œuvre, pendant l’étape de transfert de puissance, on régule la fréquence de commutation du premier convertisseur de puissance à une fréquence fixe et on régule le déphasage du deuxième convertisseur de puissance de sorte à suivre la consigne de régulation imposant que la tension aux bornes du deuxième circuit résonant soit égale à la tension aux bornes du premier circuit résonant à un facteur multiplicatif près.According to a fifth mode of implementation, during the power transfer step, the switching frequency of the first power converter is regulated at a fixed frequency and the phase shift of the second power converter is regulated so as to follow the setpoint of regulation requiring that the voltage across the second resonant circuit is equal to the voltage across the first resonant circuit to within a multiplicative factor.
Selon un sixième mode de mise en œuvre, pendant l’étape de transfert de puissance, on régule le déphasage du premier convertisseur de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs soit inférieure à leur valeur de seuil et on régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur de puissance de sorte à suivre la consigne de régulation imposant que la tension aux bornes du second circuit résonant soit égale à la tension aux bornes du premier circuit résonant à un facteur multiplicatif près.According to a sixth embodiment, during the power transfer step, the phase shift of the first power converter is regulated to a fixed value so that the voltage across each of the capacitors is less than their threshold value and the switching frequency of the second power converter is regulated so as to follow the regulation instruction imposing that the voltage across the terminals of the second resonant circuit is equal to the voltage across the terminals of the first resonant circuit to within a multiplicative factor.
L’invention a aussi pour objet un système de transfert de puissance sans contact entre un dispositif d’alimentation électrique fixe au sol comprenant un premier convertisseur destiné à être couplé à une source de tension continue et alimentant un premier circuit résonant comprenant au moins une bobine primaire, et un véhicule comprenant un deuxième convertisseur destiné à être couplé au réseau de puissance embarqué et relié à un deuxième circuit résonant comprenant au moins une bobine secondaire, ledit système étant apte à transférer une puissance électrique par induction entre les deux bobines formant un coupleur magnétique et comprenant une première unité de traitement apte à piloter les cellules de commutation de la première alimentation et une deuxième unité de traitement apte à piloter les cellules de commutation de la deuxième alimentation.The invention also relates to a contactless power transfer system between a fixed electrical power supply device on the ground comprising a first converter intended to be coupled to a DC voltage source and supplying a first resonant circuit comprising at least one coil. primary, and a vehicle comprising a second converter intended to be coupled to the on-board power network and connected to a second resonant circuit comprising at least one secondary coil, said system being capable of transferring electrical power by induction between the two coils forming a coupler magnetic and comprising a first processing unit capable of driving the switching cells of the first power supply and a second processing unit capable of driving the switching cells of the second power supply.
Selon une caractéristique du système selon l’invention, chaque unité de traitement est configurée pour réguler un déphasage non nul entre le courant et la tension aux bornes de l’un des circuits résonants et pour réguler la fréquence de commutation des cellules de commutation du convertisseur de puissance alimentant le circuit résonant de manière à suivre une consigne de régulation.According to a characteristic of the system according to the invention, each processing unit is configured to regulate a non-zero phase shift between the current and the voltage across one of the resonant circuits and to regulate the switching frequency of the switching cells of the converter of power supplying the resonant circuit so as to follow a regulation setpoint.
Avantageusement, chaque cellule de commutation comprend un transistor et un condensateur dont une première borne est reliée à la source du transistor et une deuxième borne est reliée au drain du transistor.Advantageously, each switching cell comprises a transistor and a capacitor, a first terminal of which is connected to the source of the transistor and a second terminal of which is connected to the drain of the transistor.
Selon une autre caractéristique du système selon l’invention, les premier et deuxième convertisseurs ont une structure symétrique par rapport à un axe médian séparant les bobines primaire et secondaire bobines du coupleur magnétique.According to another characteristic of the system according to the invention, the first and second converters have a symmetrical structure with respect to a median axis separating the primary and secondary coils of the magnetic coupler.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :Other objects, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description, given solely by way of non-limiting example, and made with reference to the appended drawings in which:
- la figure 1, dont il a déjà été fait mention, illustre un dispositif de charge selon l’état de la technique ;- Figure 1, which has already been mentioned, illustrates a charging device according to the prior art;
- la figure 2 est une vue schématique d’une route électrique à transmission d’énergie par induction conforme à l’invention ;- Figure 2 is a schematic view of an electric road with energy transmission by induction according to the invention;
- la figure 3 est une vue schématique d’un système de charge sans contact conforme à l’invention ;- Figure 3 is a schematic view of a contactless charging system according to the invention;
- la figure 4 est un diagramme temporel illustrant une séquence de commutation de transistor sur une période ;- Figure 4 is a time diagram illustrating a transistor switching sequence over a period;
- la figure 5 est un diagramme temporel illustrant les instants de commutation de cellules de commutation ;- Figure 5 is a time diagram illustrating the switching instants of switching cells;
-la figure 6 illustre un premier mode de mise en œuvre du système de charge sans contact conforme à l’invention ;FIG. 6 illustrates a first embodiment of the contactless charging system according to the invention;
-la figure 7 illustre un deuxième mode de mise en œuvre du système de charge sans contact conforme à l’invention ;FIG. 7 illustrates a second embodiment of the contactless charging system according to the invention;
-la figure 8 illustre un troisième mode de mise en œuvre du système de charge sans contact conforme à l’invention ;FIG. 8 illustrates a third embodiment of the contactless charging system according to the invention;
-la figure 9 illustre un quatrième mode de mise en œuvre du système de charge sans contact conforme à l’invention ;FIG. 9 illustrates a fourth embodiment of the contactless charging system according to the invention;
-la figure 10 illustre un cinquième mode de mise en œuvre du système de charge sans contact conforme à l’invention ; etFIG. 10 illustrates a fifth embodiment of the contactless charging system according to the invention; and
-la figure 11 illustre un sixième mode de mise en œuvre du système de charge sans contact conforme à l’invention.FIG. 11 illustrates a sixth embodiment of the contactless charging system according to the invention.
On se référera tout d’abord à la figure 2 qui représente un schéma de principe d’une route électrique à transmission d’énergie par induction conforme à l’invention sur lequel sont illustrés des dispositifs fixes d’alimentation électrique DISP1, DISP2 et DISP3 fixés au sol et incorporant chacun au moins une bobine primaire L, et un véhicule électrique ou hybride VEH incorporant au moins une bobine secondaire L80 connectée au réseau de puissance du véhicule.Reference will firstly be made to FIG. 2 which represents a block diagram of an electric road with transmission of energy by induction in accordance with the invention on which are fixed devices of electrical supply DISP1, DISP2 and DISP3 fixed to the ground and each incorporating at least one primary coil L, and an electric or hybrid vehicle VEH incorporating at least one secondary coil L80 connected to the vehicle power network.
Afin de simplifier les explications, on suppose dans ce qui suit que les dispositifs fixes d’alimentation électrique incorporent une bobine primaire L et le véhicule incorpore une bobine secondaire L80.In order to simplify the explanations, it is assumed below that the fixed electrical supply devices incorporate a primary coil L and the vehicle incorporates a secondary coil L80.
Les dispositifs DISP1, DISP2 et DISP3 sont alimentés par une source 10 de tension continue.The devices DISP1, DISP2 and DISP3 are supplied by a source 10 of direct voltage.
La source 10 peut comprendre une source de tension continue réversible, c’est-à-dire qu’elle peut fournir de l’énergie ou emmagasiner de l’énergie.Source 10 can include a reversible DC voltage source, that is, it can supply energy or store energy.
Lorsque le véhicule VEH électrique ou hybride en mouvement est situé au-dessus de l’un des dispositifs DISP1, DISP2 ou DISP3, celui-ci est activé et la bobine L correspondante est alimentée pour transmettre de la puissance électrique au véhicule VEH, par exemple comme représenté ici le dispositif DISP2 alimente le véhicule VEH.When the electric or hybrid VEH vehicle in motion is located above one of the devices DISP1, DISP2 or DISP3, this is activated and the corresponding coil L is supplied to transmit electrical power to the vehicle VEH, for example as shown here, the DISP2 device powers the VEH vehicle.
Lorsque le véhicule s’est déplacé d’une distance suffisante pour être au-dessus d’un autre dispositif fixe, celui-ci est activé et le dispositif activé précédemment change de mode de fonctionnement de sorte à ne plus délivrer de puissance électrique au véhicule VEH.When the vehicle has moved a sufficient distance to be above another fixed device, the latter is activated and the previously activated device changes operating mode so as to no longer deliver electrical power to the vehicle VEH.
On se réfère tout d’abord à la figure 3 qui illustre un mode de réalisation d’un système de charge SYS sans contact selon l’invention.First, reference is made to FIG. 3 which illustrates an embodiment of a contactless SYS charging system according to the invention.
Le système SYS comprend un dispositif fixe d’alimentation électrique DISP fixé au sol similaire aux dispositifs DISP1, DISP2 et DISP3 et le véhicule VEH.The SYS system includes a fixed power supply device DISP fixed to the ground similar to the devices DISP1, DISP2 and DISP3 and the vehicle VEH.
Le dispositif fixe DISP comprend un premier convertisseur 20 de puissance raccordé à une source de tension continue 10, de préférence réversible, et à un premier circuit résonant 30, des premiers moyens de mesure de courant Mil et un premier calculateur 40.The fixed device DISP comprises a first power converter 20 connected to a DC voltage source 10, preferably reversible, and to a first resonant circuit 30, first means for measuring current Mil and a first computer 40.
Le convertisseur 20 comprend deux bras BR21 et BR22 comprenant chacun deux cellules de commutation de constitution identique et deux bornes de connexion B201 et B202. Chacune des cellules comprend un transistor, par exemple un transistor à effet de champ de type NMOS. Cela étant l’utilisation d’autres technologies de transistor est également possible, par exemple des transistors bipolaires, ou des transistors à haute mobilité d'électrons.The converter 20 comprises two arms BR21 and BR22 each comprising two switching cells of identical constitution and two connection terminals B201 and B202. Each of the cells includes a transistor, for example an NMOS type field effect transistor. However, the use of other transistor technologies is also possible, for example bipolar transistors, or transistors with high electron mobility.
Chaque cellule de commutation comprend en outre un condensateur dont une première borne est reliée au drain du transistor et une deuxième borne reliée à la source du transistor et une diode dont l’anode est reliée à la source et la cathode est reliée au drain du transistor.Each switching cell further comprises a capacitor, a first terminal of which is connected to the drain of the transistor and a second terminal of which is connected to the source of the transistor and a diode of which the anode is connected to the source and the cathode is connected to the drain of the transistor. .
Le bras BR21 comprend deux cellules de commutation CEL21 et CEL23 comprenant respectivement un transistor T21 et T23, une diode D21 et D23, et un condensateur C21 et C23 agencés comme décrit précédemment.The arm BR21 comprises two switching cells CEL21 and CEL23 respectively comprising a transistor T21 and T23, a diode D21 and D23, and a capacitor C21 and C23 arranged as described above.
Selon un autre mode de réalisation, chaque cellule de commutation comporte un transistor NMOS comprenant une diode montée en antiparallèle du transistor dont l’anode est reliée à la source et la cathode est reliée au drain du transistor connue par l’homme du métier sous l’appellation anglo-saxonne « body diode ».According to another embodiment, each switching cell includes an NMOS transistor comprising a diode mounted in antiparallel to the transistor, the anode of which is connected to the source and the cathode is connected to the drain of the transistor known to those skilled in the art under the Anglo-Saxon name "body diode".
Le drain du transistor T21 est relié à la borne B201 et la source du transistor T21 est reliée au drain du transistor T23.The drain of transistor T21 is connected to terminal B201 and the source of transistor T21 is connected to the drain of transistor T23.
La source du transistor T23 est reliée à la borne B202.The source of transistor T23 is connected to terminal B202.
Le bras BR22 comprend deux cellules de commutation CEL22 et CEL24 comprenant respectivement un transistor T22 et T24, une diode D22 et D24, et un condensateur C22 et C24 agencés comme décrit précédemment.The arm BR22 comprises two switching cells CEL22 and CEL24 respectively comprising a transistor T22 and T24, a diode D22 and D24, and a capacitor C22 and C24 arranged as described above.
Le drain du transistor T22 est relié à la borne B201 et la source du transistor T22 est reliée au drain du transistor T24.The drain of transistor T22 is connected to terminal B201 and the source of transistor T22 is connected to the drain of transistor T24.
La source du transistor T24 est reliée à la borne B202.The source of transistor T24 is connected to terminal B202.
La borne positive de la source de tension 10 est reliée à la borne B201 et la borne négative est reliée à la borne B202.The positive terminal of the voltage source 10 is connected to the terminal B201 and the negative terminal is connected to the terminal B202.
Le premier circuit résonant 30 comprend un premier condensateur C30 dont une première borne est reliée par l’intermédiaire des moyens Mil au nœud commun entre la source du transistor T21 et le drain du transistor T23, et une deuxième borne est reliée à une première borne d’une bobine primaire L30 identique à la bobine L. Une deuxième borne de la bobine L30 est reliée au nœud commun entre la source du transistor T22 et le drain du transistor T24.The first resonant circuit 30 comprises a first capacitor C30, a first terminal of which is connected by means Mil to the common node between the source of the transistor T21 and the drain of the transistor T23, and a second terminal is connected to a first terminal d 'a primary coil L30 identical to the coil L. A second terminal of the coil L30 is connected to the common node between the source of the transistor T22 and the drain of the transistor T24.
Les transistors T21, T22, T23 et T24 sont pilotés par des premiers moyens de pilotage MP40 incorporés dans le premier calculateur 40.The transistors T21, T22, T23 and T24 are controlled by first control means MP40 incorporated in the first computer 40.
Un courant îe circule à travers le condensateur C30 et on relève une tension ue aux bornes du circuit 30. Soit (pE un premier déphasage entre le courant îe et la tension ue.A current is flowing through the capacitor C30 and a voltage ue is noted at the terminals of the circuit 30. Let (pE be a first phase shift between the current ise and the voltage eu.
Le calculateur 40 comprend les moyens de pilotage 40, des premiers moyens de communication sans fil MC40 et une première unité de traitement UT40.The computer 40 includes the control means 40, first wireless communication means MC40 and a first processing unit UT40.
Le calculateur 40 est par exemple un calculateur automobile.The computer 40 is for example an automobile computer.
L’unité de traitement UT40 est configurée pour contrôler les moyens de pilotage MP40 selon les instructions reçus par les moyens de communication MC40 et les moyens de mesure MILThe UT40 processing unit is configured to control the MP40 control means according to the instructions received by the MC40 communication means and the MIL measurement means.
Par exemple l’unité de traitement UT40 est réalisée à partir d’un calculateur, mais il peut s’agir de tout dispositif embarqué permettant de mettre en œuvre les moyens MP40, MC40 et MILFor example, the processing unit UT40 is produced from a computer, but it can be any on-board device making it possible to implement the means MP40, MC40 and MIL
Les moyens Mil sont configurés pour mesurer la valeur et le signe du courant Îe et transmettre les valeurs mesurées à l’unité UT40.The means Mil are configured to measure the value and the sign of the current Îe and to transmit the measured values to the unit UT40.
L’unité de traitement UT40 est en outre configurée pour déterminer le déphasage (pE en mesurant la durée qui sépare le passage par zéro (changement de signe) du courant Îe et le prochain front montant du signal de commande des cellules CEL21 et CEL24.The processing unit UT40 is further configured to determine the phase shift (pE by measuring the time between the zero crossing (sign change) of the current Îe and the next rising edge of the control signal from cells CEL21 and CEL24.
Si la source 10 comprend une source de tension continue réversible, l’unité UT40 est aussi configurée pour déterminer la puissance maximale PmaxlO admissible par la source et élaborer une consigne de puissance PconslO de charge de la source 10.If the source 10 includes a reversible DC voltage source, the unit UT40 is also configured to determine the maximum power PmaxlO admissible by the source and to draw up a power setpoint PconslO for charging the source 10.
Le véhicule VEH comprend un deuxième convertisseur 50 de puissance raccordé à un filtre 60, un réseau 70 de puissance destiné à assurer la gestion de l’alimentation électrique du véhicule et comprenant une borne de connexion de polarité positive et une borne de connexion de polarité négative, un deuxième circuit résonant 80, de deuxièmes moyens de mesure de courant MI2, un deuxième calculateur 90 et des moyens MB de surveillance du réseau 70.The VEH vehicle comprises a second power converter 50 connected to a filter 60, a power network 70 intended to manage the power supply of the vehicle and comprising a connection terminal of positive polarity and a connection terminal of negative polarity , a second resonant circuit 80, second current measurement means MI2, a second computer 90 and means MB for monitoring the network 70.
Le réseau 70 peut comporter une batterie.The network 70 may include a battery.
Le deuxième convertisseur 50 comprend deux bras BR51 et BR52 comprenant chacun deux cellules de commutation de constitution identique aux cellules de commutation décrites précédemment et deux bornes de connexion B501 et B502.The second converter 50 comprises two arms BR51 and BR52 each comprising two switching cells of constitution identical to the switching cells described above and two connection terminals B501 and B502.
Le bras BR51 comprend deux cellules de commutation CEL51 et CEL53 comprenant respectivement un transistor T51 et T53, une diode D51 et D53, et un condensateur C51 et C53 agencés comme décrit précédemment.The arm BR51 comprises two switching cells CEL51 and CEL53 respectively comprising a transistor T51 and T53, a diode D51 and D53, and a capacitor C51 and C53 arranged as described above.
Le drain du transistor T51 est relié à la borne B501 et la source du transistor T51 est reliée au drain du transistor T53.The drain of transistor T51 is connected to terminal B501 and the source of transistor T51 is connected to the drain of transistor T53.
La source du transistor T53 est reliée à la borne B502.The source of transistor T53 is connected to terminal B502.
Le bras BR52 comprend deux cellules de commutation CEL52 et CEL54 comprenant respectivement un transistor T52 et T54, une diode D52 et D54, et un condensateur C52 et C54 agencés comme décrit précédemment.The arm BR52 comprises two switching cells CEL52 and CEL54 respectively comprising a transistor T52 and T54, a diode D52 and D54, and a capacitor C52 and C54 arranged as described above.
Le drain du transistor T52 est relié à la borne B501 et la source du transistor T52 est reliée au drain du transistor T54.The drain of transistor T52 is connected to terminal B501 and the source of transistor T52 is connected to the drain of transistor T54.
La source du transistor T54 est reliée à la borne B502.The source of transistor T54 is connected to terminal B502.
Le filtre 60 comprend un condensateur C60 dont une première borne est reliée à la borne B501 et une deuxième borne est reliée à la borne B502.The filter 60 comprises a capacitor C60, a first terminal of which is connected to the terminal B501 and a second terminal of which is connected to the terminal B502.
La borne positive du réseau 70 est reliée à la borne B501 et la borne négative est reliée à la borne B502. On relève une tension Vs aux bornes du réseau 70.The positive terminal of network 70 is connected to terminal B501 and the negative terminal is connected to terminal B502. There is a voltage Vs across the network 70.
Le deuxième circuit résonant 80 comprend un deuxième condensateur C80 dont une première borne est reliée par l’intermédiaire des moyens MI2 au nœud commun entre la source du transistor T52 et le drain du transistor T54, et une deuxième borne est reliée à une première borne d’une bobine secondaire L80 identique à la bobine L. Une deuxième borne de la bobine L80 est reliée au nœud commun entre la source du transistor T51 et le drain du transistor T53.The second resonant circuit 80 comprises a second capacitor C80, a first terminal of which is connected via the means MI2 to the common node between the source of the transistor T52 and the drain of the transistor T54, and a second terminal is connected to a first terminal d 'a secondary coil L80 identical to the coil L. A second terminal of the coil L80 is connected to the common node between the source of the transistor T51 and the drain of the transistor T53.
Les transistors T51, T52, T33 et T54 sont pilotés par des deuxièmes moyens de pilotage MP90 incorporés dans le deuxième calculateur 90.The transistors T51, T52, T33 and T54 are controlled by second control means MP90 incorporated in the second computer 90.
Un courant is circule à travers le condensateur C80 et on relève une tension us aux bornes du circuit 80. Soit tps un second déphasage entre le courant is et la tension us.A current is flows through the capacitor C80 and there is a voltage us at the terminals of circuit 80. Let tps be a second phase shift between the current is and the voltage us.
Le calculateur 90 comprend les moyens de pilotage MP90, des deuxièmes moyens de communication sans fil MC90 et une deuxième unité de traitement UT90.The computer 90 includes the control means MP90, second wireless communication means MC90 and a second processing unit UT90.
Le calculateur 90 est par exemple un calculateur automobile. Il s’agit de tout calculateur pouvant être embarqué dans un véhicule.The computer 90 is for example an automobile computer. This is any computer that can be loaded into a vehicle.
L’unité de traitement UT90 est configurée pour contrôler les moyens de pilotage MP90 selon les instructions reçus par les moyens de communication MC90 et les moyens de mesure MI2.The UT90 processing unit is configured to control the MP90 control means according to the instructions received by the MC90 communication means and the MI2 measurement means.
Par exemple l’unité de traitement UT90 est réalisée à partir d’un calculateur, mais il peut s’agir de tout dispositif embarqué permettant de mettre en œuvre les moyens MP90, MC90 et MI2.For example, the processing unit UT90 is produced from a computer, but it can be any on-board device making it possible to implement the means MP90, MC90 and MI2.
Les moyens MI2 sont configurés pour mesurer la valeur et le signe du courant is et transmettre les valeurs mesurées à l’unité UT90.The MI2 means are configured to measure the value and sign of the current is and transmit the measured values to the UT90 unit.
Les moyens MB sont configurés pour recevoir une consigne de puissance émise par le réseau 70, et transmettre à l’unité UT90 la consigne de puissance.The means MB are configured to receive a power setpoint emitted by the network 70, and to transmit the power setpoint to the unit UT90.
Si le réseau comprend un moyen de stockage d’énergie électrique, par exemple une batterie, les moyens MB sont en outre configurés pour relever l’état de la batterie, notamment la température de la batterie, le courant et la tension aux bornes de la batterie.If the network comprises an electrical energy storage means, for example a battery, the means MB are further configured to read the state of the battery, in particular the temperature of the battery, the current and the voltage across the terminals of the drums.
L’unité de traitement UT90 est en outre configurée pour déterminer le déphasage tps en mesurant la durée qui sépare le passage par zéro (changement de signe) du courant is et le prochain front montant du signal de commande des cellules CEL52 et CEL53, déterminer la puissance maximale Pmax70 admissible par le réseau 70 embarqué dans le véhicule VEH et élaborer une consigne de puissance Pcons70 d’alimentation du réseau 70.The processing unit UT90 is further configured to determine the phase shift tps by measuring the time between the zero crossing (sign change) of the current is and the next rising edge of the control signal from cells CEL52 and CEL53, determining the maximum power Pmax70 admissible by the network 70 on board the VEH vehicle and develop a power setpoint Pcons70 for supplying the network 70.
Les bobines L30 et L80 forment un coupleur magnétique dont la valeur du coefficient de couplage dépend du désaxage de la bobine L80 par rapport à la bobine L30, c’est-à-dire du véhicule VEH par rapport au dispositif DISP.The coils L30 and L80 form a magnetic coupler, the value of the coupling coefficient of which depends on the misalignment of the coil L80 with respect to the coil L30, that is to say the vehicle VEH with respect to the DISP device.
Les structures d’une part du convertisseur 20 et du circuit résonant 30 et, d’autre part du convertisseur 50 et du circuit résonant 80, sont symétriques par rapport à un axe médian du coupleur magnétique (M).The structures on the one hand of the converter 20 and the resonant circuit 30 and, on the other hand of the converter 50 and the resonant circuit 80, are symmetrical with respect to a median axis of the magnetic coupler (M).
Les condensateurs C21 à C24 et C51 à C54 sont de capacité identique, par exemple 10 nF et supportent une tension égale à celle de la source continue 10. Les diodes D21 à D24 et D51 à D54 sont de préférence identiques, et les transistors T21 à T24 et T51 à T54 sont de préférence identiques.The capacitors C21 to C24 and C51 to C54 are of identical capacity, for example 10 nF and support a voltage equal to that of the DC source 10. The diodes D21 to D24 and D51 to D54 are preferably identical, and the transistors T21 to T24 and T51 to T54 are preferably identical.
Cette structure symétrique d’une part du convertisseur 20 et du circuit résonant 30 et, d’autre part du convertisseur 50 et du circuit résonant 80 permet de commander les convertisseurs 20 et 50 de manière symétrique.This symmetrical structure on the one hand of the converter 20 and the resonant circuit 30 and, on the other hand of the converter 50 and the resonant circuit 80 makes it possible to control the converters 20 and 50 symmetrically.
En outre cette structure symétrique permet un transfert de puissance bidirectionnel au sein du système SYS, c’est-à-dire que selon le pilotage des convertisseurs 20 et 50, la source 10 peut alimenter le réseau 70 ou si la source 10 comprend une source de tension continue réversible et le réseau 70 comprend une source de tension continue, par exemple une batterie, il peut charger la source de tension 10.In addition, this symmetrical structure allows a bidirectional power transfer within the SYS system, that is to say that according to the control of the converters 20 and 50, the source 10 can supply the network 70 or if the source 10 comprises a source. reversible DC voltage and the network 70 includes a DC voltage source, for example a battery, it can charge the voltage source 10.
Chaque unité de traitement UT40 et UT90 est configurée pour réguler le déphasage entre le courant et la tension aux bornes de l’un des circuits résonants 30 et 80 et réguler la fréquence de commutation des cellules de commutation du convertisseur de puissance alimentant le circuit résonant de manière à suivre une consigne de régulation.Each processing unit UT40 and UT90 is configured to regulate the phase shift between the current and the voltage across one of the resonant circuits 30 and 80 and regulate the switching frequency of the switching cells of the power converter supplying the resonant circuit of so as to follow a regulation instruction.
Dans ce qui suit, on suppose que la source 10 alimente le réseau 70.In what follows, it is assumed that the source 10 feeds the network 70.
En fonctionnement, le transfert de puissance entre la source 10 et le réseau 70 est régulé en régulant le déphasage (ps lorsque la fréquence de commutation des cellules CEL21 à CEL24 est régulée de manière fixe, en régulant le déphasage φε lorsque la fréquence de commutation des cellules CEL51 à CEL54 est régulée de manière fixe, de manière à suivre une consigne de régulation.In operation, the transfer of power between the source 10 and the network 70 is regulated by regulating the phase shift (ps when the switching frequency of cells CEL21 to CEL24 is regulated in a fixed manner, by regulating the phase shift φε when the switching frequency of cells CEL51 to CEL54 is regulated in a fixed manner, so as to follow a regulation instruction.
Différents modes de mise en œuvre du système SYS sont décrits dans ce qui suit.Different modes of implementing the SYS system are described in the following.
La consigne de régulation comprend une puissance de consigne ou impose que les tensions aux bornes des premier et second circuits résonants soient égales à un facteur multiplicatif près.The regulation setpoint includes a setpoint power or requires that the voltages across the first and second resonant circuits be equal to a multiplicative factor.
Le facteur multiplicatif Ml est égal au rapport de transformation du coupleur magnétique.The multiplying factor M1 is equal to the transformation ratio of the magnetic coupler.
Le convertisseur 20 fonctionne à une fréquence F20 avantageusement choisie, de période T20, par exemple, 85 kHz.The converter 20 operates at an advantageously chosen frequency F20, of period T20, for example, 85 kHz.
Les cellules de commutation CEL21 et CEL24 sont pilotées en opposition de phase par rapport aux cellules CEL22 et CEL23, c’est-àdire que lorsque les transistors T21 et T24 sont passants, les transistors T22 et T23 sont bloqués.The switching cells CEL21 and CEL24 are driven in phase opposition with respect to the cells CEL22 and CEL23, that is to say that when the transistors T21 and T24 are on, the transistors T22 and T23 are blocked.
De même, les cellules de commutation CEL51 et CEL54 sont pilotées en opposition de phase par rapport aux cellules CEL52 et CEL53.Likewise, the switching cells CEL51 and CEL54 are driven in phase opposition with respect to the cells CEL52 and CEL53.
On se réfère à la figure 4 qui illustre sur une période T20 l’évolution du courant îe et la tension oe selon l’état des transistors T21 à T24.Reference is made to FIG. 4 which illustrates over a period T20 the evolution of the current Ie and the voltage Oe according to the state of the transistors T21 to T24.
L’état 1 désigne l’état passant du transistor et l’état 0 désigne l’état bloqué du transistor.State 1 designates the on state of the transistor and state 0 designates the off state of the transistor.
Bien entendu, le convertisseur 50 fonctionne de manière similaire.Of course, the converter 50 operates in a similar manner.
On se réfère à la figure 5 qui représente schématiquement aux instants de commutation INSTC1 et INSTC2 de la période T20 la tension VT21 entre le drain et la source du transistor T21 et le courant drain IT21 au drain du transistor T21, et la tension VT22 entre le drain et la source du transistor T22 et le courant drain IT21 au drain du transistor T22.Reference is made to FIG. 5 which schematically represents at the switching instants INSTC1 and INSTC2 of the period T20 the voltage VT21 between the drain and the source of the transistor T21 and the drain current IT21 at the drain of the transistor T21, and the voltage VT22 between the drain and the source of transistor T22 and the drain current IT21 at the drain of transistor T22.
On observe que la commutation des transistors T21 et T22 aux instants INSTC1 et INSTC2 s’effectue lorsque les tensions VT21 et VT22 sont nulles.It is observed that the switching of the transistors T21 and T22 at the instants INSTC1 and INSTC2 takes place when the voltages VT21 and VT22 are zero.
A l’instant INSTC1 le courant Îe charge les condensateurs C21 et C24, et les condensateurs C22 et C23 se déchargent.At instant INSTC1 the current Îe charges the capacitors C21 and C24, and the capacitors C22 and C23 discharge.
A l’instant INSTC2 le courant Îe charge les condensateurs C22 et C23, et les condensateurs C21 et C24 se déchargent.At instant INSTC2 the current Îe charges the capacitors C22 and C23, and the capacitors C21 and C24 discharge.
Les signaux de tension entre le drain et la source et d’intensité au drain des transistors T23, T24 et T51 à T54 sont analogues à ceux des transistors T21 et T22.The voltage signals between the drain and the source and the intensity signals at the drain of the transistors T23, T24 and T51 to T54 are similar to those of the transistors T21 and T22.
Les condensateurs C21 à C24 et C51 à C54 sont dimensionnés de sorte à assurer un fonctionnement en commutation douce des transistors. Ce fonctionnement est connu par l’homme du métier sous le terme anglo-saxon « Zero Voltage Switching », ZVS.The capacitors C21 to C24 and C51 to C54 are dimensioned so as to ensure smooth switching operation of the transistors. This operation is known to the skilled person under the term "Zero Voltage Switching", ZVS.
Les condensateurs C21 à C24 et C51 à C54 permettent de réduire très fortement les pertes au blocage des transistors, tandis que l’amorçage des transistors se fait à tension nulle à la fréquence de commutation F20 des transistors en dérivant le courant dans les condensateurs C21 à C24 et C51 à C54 lors des phases de commutation des transistors des alimentations à découpage 20 et 50.The capacitors C21 to C24 and C51 to C54 make it possible to very greatly reduce the losses on blocking of the transistors, while the ignition of the transistors is done at zero voltage at the switching frequency F20 of the transistors by diverting the current in the capacitors C21 to C24 and C51 to C54 during the switching phases of the transistors of the switching power supplies 20 and 50.
Les transistors T21 à T24 et T51 à T54 commutent à tension nulle à la fréquence déterminée F20.Transistors T21 to T24 and T51 to T54 switch at zero voltage at the determined frequency F20.
On se réfère à la figure 6 qui représente un premier mode de mise en œuvre du système SYS, dans lequel le calculateur 90 régule le transfert de puissance entre la source 10 et le réseau 70 en ajustant le déphasage tps de sorte que la puissance transférée entre le dispositif DISP et le véhicule VEH soit égale à la puissance de consigne Pcons70.Reference is made to FIG. 6 which represents a first mode of implementation of the SYS system, in which the computer 90 regulates the transfer of power between the source 10 and the network 70 by adjusting the phase shift tps so that the transferred power enters the DISP device and the VEH vehicle is equal to the set power Pcons70.
Dans une première étape 1, les moyens de mesure MB reçoivent une consigne de puissance émise par le réseau de puissance embarqué 70 ou si le réseau de puissance 70 comporte une batterie, relèvent les paramètres de la batterie, notamment la température, l’intensité et la tension de la batterie, et transmettent ces valeurs à l’unité de traitement UT90 qui détermine notamment le courant is maximal admissible Imax70 d’alimentation du réseau 70 en fonction de ces valeurs, calcule la puissance de charge maximale Pmax70 admissible par le réseau 70 et élabore une consigne de régulation comprenant une puissance de consigne Pcons70 de valeur inférieure ou égale à la puissance Pmax70.In a first step 1, the measurement means MB receive a power instruction emitted by the on-board power network 70 or if the power network 70 comprises a battery, read the parameters of the battery, in particular the temperature, the intensity and the battery voltage, and transmit these values to the processing unit UT90 which in particular determines the maximum permissible current is Imax70 for supplying the network 70 as a function of these values, calculates the maximum charge power Pmax70 admissible by the network 70 and develops a regulation setpoint comprising a setpoint power Pcons70 of a value less than or equal to the power Pmax70.
Dans une étape 2, l’unité UT90 envoie un signal de début de charge au dispositif DISP par l’intermédiaire des moyens de communication MC90 et pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que les transistors T51 à T54 soient bloqués.In a step 2, the unit UT90 sends a charge start signal to the device DISP via the communication means MC90 and controls the cells CEL51 to CEL54 so that the transistors T51 to T54 are blocked.
Le convertisseur 50 fonctionne comme un redresseur à diodes.The converter 50 functions as a diode rectifier.
Les moyens de communication MC40 transmettent le signal à l’unité de traitement UT40 qui à la réception du signal pilote les transistors des cellules de commutation CEL21 à CEL24 à la fréquence F20 de sorte que la bobine L30 soit alimentée.The communication means MC40 transmit the signal to the processing unit UT40 which, on receipt of the signal, controls the transistors of the switching cells CEL21 to CEL24 at the frequency F20 so that the coil L30 is supplied.
Dans une étape 3 de transfert de puissance, après l’émission du signal par les moyens MC90, l’unité UT40 régule la fréquence de commutation du premier convertisseur 20 de puissance à la fréquence F20 fixe et l’unité UT90 régule le déphasage tps du deuxième convertisseur 50 de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne Pcons70.In a power transfer step 3, after the signal has been sent by the means MC90, the unit UT40 regulates the switching frequency of the first power converter 20 at the fixed frequency F20 and the unit UT90 regulates the phase shift tps of the second power converter 50 so that the transmitted power is equal to the set power Pcons70.
À la fin de la charge, à l’étape 4, l’unité UT90 pilote les cellules CEL51 à CEL 54 de sorte que tps soit égal à 90°, c’est-à-dire que seule de la puissance réactive est échangée. L’unité UT40 reconnaît cette configuration de déphasage et pilote les transistors T21 à T24 de façon à ce qu’ils soient bloqués. La charge s’arrête.At the end of the charge, in step 4, the UT90 unit controls the cells CEL51 to CEL 54 so that tps is equal to 90 °, that is to say that only reactive power is exchanged. The UT40 unit recognizes this phase shift configuration and controls the transistors T21 to T24 so that they are blocked. The charge stops.
Durant l’étape de transfert de puissance, la demande de puissance du réseau 70 peut varier, par conséquent la puissance Pcons70 varie lors de l’étape de transfert de puissance. A chaque instant l’unité UT90 détermine la puissance Pcons70 et ajuste le déphasage tps de manière que la puissance transférée soit égale à la puissance Pcons70.During the power transfer step, the power demand of the network 70 can vary, therefore the power Pcons70 varies during the power transfer step. At all times the UT90 unit determines the power Pcons70 and adjusts the phase shift tps so that the transferred power is equal to the power Pcons70.
On se réfère à la figure 7 qui représente un deuxième mode de mise en œuvre du système SYS, dans lequel le calculateur 40 régule le transfert de puissance entre la source 10 et le réseau de puissance embarqué 70 en ajustant la fréquence de commutation du convertisseur 50 de sorte que la puissance transférée soit égale à la puissance de consigne Pcons70.Referring to FIG. 7 which represents a second mode of implementation of the SYS system, in which the computer 40 regulates the transfer of power between the source 10 and the on-board power network 70 by adjusting the switching frequency of the converter 50 so that the transferred power is equal to the set power Pcons70.
Dans une première étape 10 analogue à l’étape 1, les moyens de mesure MB reçoivent une consigne de puissance émise par le réseau de puissance embarqué 70 ou si le réseau de puissance 70 comporte une batterie, relèvent les paramètres de la batterie, notamment la température, l’intensité et la tension de la batterie, et transmettent ces valeurs à l’unité de traitement UT90 qui détermine notamment le courant is maximal admissible Imax70 d’alimentation du réseau 70 en fonction de ces valeurs, calcule la puissance de charge maximale Pmax70 admissible par le réseau 70 et élabore une consigne de régulation comprenant une puissance de consigne Pcons70 de valeur inférieure ou égale à la puissance Pmax70.In a first step 10 similar to step 1, the measurement means MB receive a power instruction emitted by the on-board power network 70 or if the power network 70 comprises a battery, read the parameters of the battery, in particular the temperature, current and voltage of the battery, and transmit these values to the processing unit UT90 which in particular determines the maximum permissible current is Imax70 of supply from the network 70 based on these values, calculates the maximum charging power Pmax70 admissible by the network 70 and develops a regulation setpoint comprising a setpoint power Pcons70 of value less than or equal to the power Pmax70.
Dans une étape 11 analogue à l’étape 2, l’unité UT90 envoie un signal de début de charge au dispositif DISP par l’intermédiaire des moyens de communication MC90 et pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que les transistors T51 à T54 soient bloqués.In a step 11 analogous to step 2, the unit UT90 sends a start of charge signal to the device DISP via the communication means MC90 and drives the cells CEL51 to CEL54 so that the transistors T51 to T54 are blocked.
Le convertisseur 50 fonctionne comme un redresseur à diodes.The converter 50 functions as a diode rectifier.
Les moyens de communication MC40 transmettent le signal à l’unité de traitement UT40 qui à la réception du signal pilote les transistors des cellules de commutation CEL21 à CEL24 à la fréquence F20 de sorte que la bobine L30 soit alimentée.The communication means MC40 transmit the signal to the processing unit UT40 which, on receipt of the signal, controls the transistors of the switching cells CEL21 to CEL24 at the frequency F20 so that the coil L30 is supplied.
Dans une étape 12 de transfert de puissance, après l’émission du signal par les moyens MC90, l’unité UT40 régule le déphasage φε du premier convertisseur de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs des circuits résonants 30 et 80 soit inférieure à leur valeur de seuil (tension maximale supportée par les condensateurs) et l’unité UT90 régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne Pcons70.In a power transfer step 12, after the signal has been sent by the means MC90, the unit UT40 regulates the phase shift φε of the first power converter to a fixed value so that the voltage across each of the capacitors of the circuits resonants 30 and 80 is less than their threshold value (maximum voltage supported by the capacitors) and the unit UT90 regulates the switching frequency of the second power converter so that the transmitted power is equal to the set power Pcons70.
Pendant cette étape, le convertisseur 20 fonctionne à la même fréquence que le convertisseur 50.During this step, the converter 20 operates at the same frequency as the converter 50.
A la fin de la charge, à l’étape 13 analogue à l’étape 4 décrite précédemment, l’unité UT90 pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que φε soit égal à 90°, c’est-à-dire que seule de la puissance réactive est échangée. L’unité UT40 reconnaît cette configuration de déphasage et pilote les transistors T21 à T24 de façon à ce qu’ils soient bloqués. La charge s’arrête.At the end of the charge, in step 13 analogous to step 4 described above, the unit UT90 controls the cells CEL51 to CEL54 so that φε is equal to 90 °, that is to say that only reactive power is exchanged. The UT40 unit recognizes this phase shift configuration and controls the transistors T21 to T24 so that they are blocked. The charge stops.
Durant l’étape de transfert de puissance, la demande de puissance du réseau 70 peut varier, par conséquent la puissance Pcons70 varie lors de l’étape de transfert de puissance. A chaque instant l’unité UT90 détermine la puissance Pcons70 et ajuste la commutation des transistors CEL51 à CEL 54 de façon à ce que la puissance de charge soit égale à la puissance Pcons70.During the power transfer step, the power demand of the network 70 can vary, therefore the power Pcons70 varies during the power transfer step. At all times, the unit UT90 determines the power Pcons70 and adjusts the switching of the transistors CEL51 to CEL 54 so that the load power is equal to the power Pcons70.
On se réfère à la figure 8 qui représente un troisième mode de mise en œuvre du système SYS, dans lequel le calculateur 40 régule le transfert de puissance entre la source 10 et le réseau de puissance 70 en ajustant le déphasage (pE de sorte que la puissance transférée soit égale à la puissance de consigne Pcons70.Reference is made to FIG. 8 which represents a third mode of implementation of the SYS system, in which the computer 40 regulates the transfer of power between the source 10 and the power network 70 by adjusting the phase shift (pE so that the transferred power is equal to the set power Pcons70.
Dans une première étape 20 analogue à l’étape 1, les moyens de mesure MB reçoivent une consigne de puissance émise par le réseau de puissance embarqué 70 ou si le réseau de puissance 70 comporte une batterie, relèvent les paramètres de la batterie, notamment la température, l’intensité et la tension de la batterie, et transmettent ces valeurs à l’unité de traitement UT90 qui détermine notamment le courant is maximal admissible Imax70 d’alimentation du réseau 70 en fonction de ces valeurs, calcule la puissance de charge maximale Pmax70 admissible par le réseau 70 et élabore une consigne de régulation comprenant une puissance de consigne Pcons70 de valeur inférieure ou égale à la puissance Pmax70.In a first step 20 analogous to step 1, the measurement means MB receive a power instruction sent by the on-board power network 70 or if the power network 70 comprises a battery, read the parameters of the battery, in particular the temperature, current and voltage of the battery, and transmit these values to the processing unit UT90 which in particular determines the maximum permissible current is Imax70 of supply from the network 70 based on these values, calculates the maximum charging power Pmax70 admissible by the network 70 and develops a regulation setpoint comprising a setpoint power Pcons70 of value less than or equal to the power Pmax70.
Dans une étape 21 l’unité UT90 envoie un signal de début de charge comportant la consigne de puissance Pcons70 au dispositif DISP par l’intermédiaire des moyens de communication MC90 et pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que les transistors T51 à T54 soient bloqués.In a step 21 the unit UT90 sends a charge start signal comprising the power setpoint Pcons70 to the device DISP via the communication means MC90 and controls the cells CEL51 to CEL54 so that the transistors T51 to T54 are blocked .
Le convertisseur 50 fonctionne comme un redresseur à diodes.The converter 50 functions as a diode rectifier.
Les moyens de communication MC40 transmettent le signal à l’unité de traitement UT40.The MC40 communication means transmit the signal to the processing unit UT40.
Dans une étape 22 de transfert de puissance, l’unité UT90 régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur 50 de puissance à une fréquence F20 fixe et l’unité UT40 régule le déphasage φε du premier convertisseur 20 de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne Pcons70.In a power transfer step 22, the unit UT90 regulates the switching frequency of the second power converter 50 at a fixed frequency F20 and the unit UT40 regulates the phase shift φε of the first power converter 20 so that the transmitted power is equal to the set power Pcons70.
A la fin de la charge, à l’étape 23 analogue à l’étape 4 décrite précédemment, l’unité UT90 pilote les cellules CEL51 à CEL 54 de sorte que φε soit égal à 90°, c’est-à-dire que seule de la puissance réactive est échangée. L’unité UT40 reconnaît cette configuration de déphasage et pilote les transistors T21 à T24 de façon à ce qu’ils soient bloqués. La charge s’arrête.At the end of the charge, in step 23 similar to step 4 described above, the unit UT90 controls the cells CEL51 to CEL 54 so that φε is equal to 90 °, that is to say that only reactive power is exchanged. The UT40 unit recognizes this phase shift configuration and controls the transistors T21 to T24 so that they are blocked. The charge stops.
Durant l’étape de transfert de puissance, la demande de puissance du réseau 70 peut varier, par conséquent la puissance Pcons70 varie. A chaque instant de la charge, l’unité UT90 détermine la puissance Pcons70 et envoie la consigne Pcons70 actualisée à l’unité UT40. Cette information est transmise à intervalle régulier, par exemple toutes les 100 millisecondes par le véhicule VEH au dispositif DISP.During the power transfer step, the power demand of the network 70 can vary, therefore the power Pcons70 varies. At each instant of the charge, the UT90 unit determines the power Pcons70 and sends the updated Pcons70 setpoint to the unit UT40. This information is transmitted at regular intervals, for example every 100 milliseconds by the VEH vehicle to the DISP device.
On se réfère à la figure 9 qui représente un quatrième mode de mise en œuvre du système SYS, dans lequel le calculateur 40 régule le transfert de puissance entre la source 10 et le réseau de puissance 70 en ajustant la fréquence de commutation du convertisseur 20 de sorte que la puissance transférée soit égale à une puissance de consigne Pcons70.Reference is made to FIG. 9 which represents a fourth embodiment of the SYS system, in which the computer 40 regulates the transfer of power between the source 10 and the power network 70 by adjusting the switching frequency of the converter 20 of so that the transferred power is equal to a set power Pcons70.
Dans une première étape 30 analogue à l’étape 1, les moyens de mesure MB reçoivent une consigne de puissance émise par le réseau de puissance embarqué 70 ou si le réseau de puissance 70 comporte une batterie, relèvent les paramètres de la batterie, notamment la température, l’intensité et la tension de la batterie, et transmettent ces valeurs à l’unité de traitement UT90 qui détermine notamment le courant is maximal admissible Imax70 d’alimentation du réseau 70 en fonction de ces valeurs, calcule la puissance de charge maximale Pmax70 admissible par le réseau 70 et élabore une consigne de régulation comprenant une puissance de consigne Pcons70 de valeur inférieure ou égale à la puissance Pmax70.In a first step 30 analogous to step 1, the measurement means MB receive a power instruction sent by the on-board power network 70 or if the power network 70 comprises a battery, read the parameters of the battery, in particular the temperature, current and voltage of the battery, and transmit these values to the processing unit UT90 which in particular determines the maximum permissible current is Imax70 of supply from the network 70 based on these values, calculates the maximum charging power Pmax70 admissible by the network 70 and develops a regulation setpoint comprising a setpoint power Pcons70 of value less than or equal to the power Pmax70.
Dans une étape 31 analogue à l’étape 21, l’unité UT90 envoie un signal de début de charge comportant la consigne de puissance Pcons70 au dispositif DISP par l’intermédiaire des moyens de communication MC90 et pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que les transistors T51 à T54 soient bloqués.In a step 31 similar to step 21, the unit UT90 sends a charge start signal comprising the power setpoint Pcons70 to the device DISP via the communication means MC90 and controls the cells CEL51 to CEL54 so that transistors T51 to T54 are blocked.
Le convertisseur 50 fonctionne comme un redresseur à diodes.The converter 50 functions as a diode rectifier.
Les moyens de communication MC40 transmettent le signal à l’unité de traitement UT40.The MC40 communication means transmit the signal to the processing unit UT40.
Dans une étape 32 de transfert de puissance, l’unité UT90 régule le déphasage tps du deuxième convertisseur 50 de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs C30 et C80 soit inférieure à leur valeur de seuil et l’unité UT40 régule la fréquence de commutation du premier convertisseur 20 de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne Pcons70.In a power transfer step 32, the unit UT90 regulates the phase shift tps of the second power converter 50 to a fixed value so that the voltage across each of the capacitors C30 and C80 is less than their threshold value and l the unit UT40 regulates the switching frequency of the first power converter 20 so that the transmitted power is equal to the reference power Pcons70.
A la fin de la charge, à l’étape 33 analogue à l’étape 4 décrite précédemment, l’unité UT90 pilote les cellules CEL51 à CEL 54 de sorte que tps soit égal à 90°, c’est-à-dire que seule de la puissance réactive est échangée. L’unité UT40 reconnaît cette configuration de déphasage et pilote les transistors T21 à T24 de façon à ce qu’ils soient bloqués. La charge s’arrête.At the end of the charge, in step 33 similar to step 4 described above, the unit UT90 controls the cells CEL51 to CEL 54 so that tps is equal to 90 °, that is to say that only reactive power is exchanged. The UT40 unit recognizes this phase shift configuration and controls the transistors T21 to T24 so that they are blocked. The charge stops.
Durant l’étape de transfert de puissance, la demande de puissance du réseau 70 peut varier, par conséquent la puissance Pcons70 varie. A chaque instant de la charge, l’unité UT90 détermine la puissance Pcons70 et envoie la consigne Pcons70 actualisée à l’unité UT40. Cette information est transmise à intervalle régulier, par exemple toutes les 100 millisecondes par le véhicule VEH au dispositif DISP.During the power transfer step, the power demand of the network 70 can vary, therefore the power Pcons70 varies. At each instant of the charge, the UT90 unit determines the power Pcons70 and sends the updated Pcons70 setpoint to the unit UT40. This information is transmitted at regular intervals, for example every 100 milliseconds by the VEH vehicle to the DISP device.
On se réfère à la figure 10 qui représente un cinquième mode de mise en œuvre du système SYS, dans lequel le calculateur 90 régule le transfert de puissance entre la source 10 et le réseau 70 en ajustant le déphasage tps de sorte que les tensions ue et us soient égales au facteur multiplicatif Ml près, ou bien que us soit égale à une valeur prédéterminée.Reference is made to FIG. 10 which represents a fifth mode of implementation of the SYS system, in which the computer 90 regulates the transfer of power between the source 10 and the network 70 by adjusting the phase shift tps so that the voltages ue and us are equal to the multiplicative factor MI, or else us is equal to a predetermined value.
Dans une première étape 40, l’unité de traitement UT90 reçoit la valeur de la tension ue par l’intermédiaire des moyens MC40 et MC90 égale à la valeur de la tension de la source 10.In a first step 40, the processing unit UT90 receives the value of the voltage ue via the means MC40 and MC90 equal to the value of the voltage of the source 10.
Dans une étape 41, l’unité UT90 envoie un signal de début de charge au dispositif DISP comprenant la valeur de tension de la source 10 égale à ue par l’intermédiaire des moyens de communication MC90 et pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que les transistors T51 à T54 soient bloqués.In a step 41, the unit UT90 sends a charge start signal to the device DISP comprising the voltage value of the source 10 equal to ue via the communication means MC90 and controls the cells CEL51 to CEL54 so that transistors T51 to T54 are blocked.
Le convertisseur 50 fonctionne comme un redresseur à diodes classique.The converter 50 operates like a conventional diode rectifier.
Les moyens de communication MC40 transmettent le signal à l’unité de traitement UT40 qui, à réception du signal, pilote les transistors des cellules de commutation CEL21 à CEL24 à la fréquence F20 de sorte que la bobine L30 soit alimentée.The MC40 communication means transmit the signal to the processing unit UT40 which, on reception of the signal, controls the transistors of the switching cells CEL21 to CEL24 at the frequency F20 so that the coil L30 is supplied.
Dans une étape 42 de transfert de puissance, après l’émission du signal par les moyens MC90, l’unité UT40 régule la fréquence de commutation du premier convertisseur 20 de puissance à la fréquenceIn a power transfer step 42, after the signal has been transmitted by the means MC90, the unit UT40 regulates the switching frequency of the first power converter 20 at the frequency
F20 fixe et l’unité UT90 régule le déphasage (ps du deuxième convertisseur 50 de puissance de sorte à suivre la consigne de régulation imposant que la tension ns aux bornes du deuxième circuit résonant 80 soit égale à la tension oe aux bornes du premier circuit résonant 30 au facteur multiplicatif M près.F20 fixed and the unit UT90 regulates the phase shift (ps of the second power converter 50 so as to follow the regulation instruction imposing that the voltage ns at the terminals of the second resonant circuit 80 is equal to the voltage oe at the terminals of the first resonant circuit 30 to the nearest multiplying factor M.
Dans cette étape, le déphasage (pE est égal au déphasage (ps à une tolérance près dépendante du désaxage entre les circuits 30 et 80 et la fréquence de commutation des cellules CEL51 à CEL 54 est égale à la fréquence F20.In this stage, the phase shift (pE is equal to the phase shift (ps to a tolerance close to the offset between the circuits 30 and 80 and the switching frequency of cells CEL51 to CEL 54 is equal to the frequency F20.
A la fin de la charge, à l’étape 43 analogue à l’étape 4 décrite précédemment, l’unité UT90 pilote les cellules CEL51 à CEL 54 de sorte que (ps soit égal à 90°, c’est-à-dire que seul de la puissance réactive est échangée. L’unité UT40 reconnaît cette configuration de déphasage et pilote les transistors T21 à T24 de façon à ce qu’ils soient bloqués. La charge s’arrête.At the end of the charge, in step 43 analogous to step 4 described above, the unit UT90 controls the cells CEL51 to CEL 54 so that (ps is equal to 90 °, that is to say that only reactive power is exchanged. The UT40 unit recognizes this phase shift configuration and controls the transistors T21 to T24 so that they are blocked. The charge stops.
On se réfère à la figure 11 qui représente un sixième mode de mise en œuvre du système SYS, dans lequel le calculateur 90 régule le transfert de puissance entre la source 10 et le réseau de puissance embarqué 70 en ajustant la fréquence de commutation du convertisseur 50 de sorte que les tensions oe et ns soient égales au rapport multiplicatif Ml près.Reference is made to FIG. 11 which represents a sixth mode of implementation of the SYS system, in which the computer 90 regulates the transfer of power between the source 10 and the on-board power network 70 by adjusting the switching frequency of the converter 50 so that the voltages oe and ns are equal to the nearest multiplicative ratio Ml.
Dans une première étape 50 analogue à l’étape 40 décrite précédemment, l’unité de traitement UT90 reçoit par l’intermédiaire des moyens MC40 et MC90 la valeur de la tension de la source 10 qui est égale à la tension oe.In a first step 50 analogous to step 40 described above, the processing unit UT90 receives by means of the means MC40 and MC90 the value of the voltage of the source 10 which is equal to the voltage oe.
Dans une étape 51 analogue à l’étape 41, l’unité UT90 envoie un signal de début de charge au dispositif DISP comprenant la valeur de tension de la source 10 égale à la valeur de la tension oe par l’intermédiaire des moyens de communication MC90 et pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que les transistors T51 à T54 soient bloqués.In a step 51 analogous to step 41, the unit UT90 sends a charge start signal to the device DISP comprising the voltage value of the source 10 equal to the value of the voltage oe via the communication means MC90 and drives cells CEL51 to CEL54 so that transistors T51 to T54 are blocked.
Le convertisseur 50 fonctionne comme un redresseur à diodes classique.The converter 50 operates like a conventional diode rectifier.
Les moyens de communication MC90 transmettent le signal à l’unité de traitement UT90 qui à la réception du signal pilote les transistors des cellules de commutation CEL51 à CEL54 à la fréquence F20 de sorte que la bobine L80 soit alimentée.The MC90 communication means transmit the signal to the processing unit UT90 which, on receipt of the signal, controls the transistors of the switching cells CEL51 to CEL54 at the frequency F20 so that the coil L80 is supplied.
Dans une étape 52 de transfert de puissance, après l’émission du signal par les moyens MC90, l’unité UT40 régule le déphasage (pE du premier convertisseur 20 de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs C30 et C80 soit inférieure à leur valeur de seuil et l’unité UT90 régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur 50 de puissance de sorte à suivre la consigne de régulation imposant que la tension ns aux bornes du second circuit résonant 80 soit égale à la tension oe aux bornes du premier circuit résonant 30 à un facteur multiplicatif M près.In a power transfer step 52, after the signal has been sent by the means MC90, the unit UT40 regulates the phase shift (pE of the first power converter 20 to a fixed value so that the voltage across each of the capacitors C30 and C80 is less than their threshold value and the unit UT90 regulates the switching frequency of the second power converter 50 so as to follow the regulation instruction imposing that the voltage ns across the terminals of the second resonant circuit 80 is equal to the voltage oe across the first resonant circuit 30 to the nearest multiplicative factor M.
A la fin de la charge, à l’étape 53 analogue à l’étape 4 décrite précédemment, l’unité UT90 pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que tps soit égal à 90°, c’est-à-dire que seule de la puissance réactive est échangée. L’unité UT40 reconnaît cette configuration de déphasage et pilote les transistors T21 à T24 de façon à ce qu’ils soient bloqués. La charge s’arrête.At the end of the charge, in step 53 similar to step 4 described above, the unit UT90 controls the cells CEL51 to CEL54 so that tps is equal to 90 °, that is to say that only reactive power is exchanged. The UT40 unit recognizes this phase shift configuration and controls the transistors T21 to T24 so that they are blocked. The charge stops.
Selon le mode de mise en œuvre, les valeurs de déphasage et de fréquence imposées varient dans une plage respectivement de déphasage ou de fréquence dans laquelle la commutation des transistors s’effectue à tension nulle et en mode ZVS.Depending on the mode of implementation, the imposed phase shift and frequency values vary within a respectively phase shift or frequency range in which the switching of the transistors is carried out at zero voltage and in ZVS mode.
Les paramètres des circuits résonants 30 et 80 et la fréquence F20 sont choisis de sorte que selon la valeur du rapport multiplicatif Ml, la tension aux bornes des condensateurs C30 et C80 soient inférieure à leur tension de seuil.The parameters of the resonant circuits 30 and 80 and the frequency F20 are chosen so that, according to the value of the multiplicative ratio M1, the voltage across the terminals of the capacitors C30 and C80 are less than their threshold voltage.
Le transfert de puissance entre le dispositif DISP et le véhicule VEH s’effectue avec des déphasages qui peuvent être non nul et qui varient en fonction de la valeur du coefficient de couplage, c’est-àdire en fonction du désaxage du véhicule VEH par rapport au dispositif DISP au sol.The transfer of power between the DISP device and the VEH vehicle takes place with phase shifts which can be non-zero and which vary according to the value of the coupling coefficient, that is to say according to the offset of the VEH vehicle with respect to to the DISP device on the ground.
Les déphasages non nuis permettent de réduire la tension aux bornes des condensateurs des circuits résonants en permettant d’augmenter la capacité des condensateurs et de diminuer l’impédance des inductances dans les circuits résonants. On peut réduire la plage de variation de la fréquence de commutation pour assurer la recopie et pour choisir la fréquence F20.Non-harmful phase shifts reduce the voltage across the capacitors of the resonant circuits by increasing the capacitance of the capacitors and reducing the impedance of the inductances in the resonant circuits. The range of variation of the switching frequency can be reduced to ensure copying and to choose the frequency F20.
Les tensions se répartissent à présent entre les condensateurs résonants et les transistors.The voltages are now distributed between the resonant capacitors and the transistors.
Les déphasages non nuis permettent de ne pas compenser la totalité de la puissance réactive des circuits résonants.Non-harmful phase shifts do not compensate for all of the reactive power of the resonant circuits.
La symétrie de la structure des convertisseurs ainsi que l’utilisation des condensateurs reliés en parallèle des transistors autorisent un fonctionnement en mode ZVS et commutations douces sur toute la plage de fonctionnement du système SYS malgré des signaux déphasés.The symmetry of the structure of the converters as well as the use of the capacitors connected in parallel with the transistors allow operation in ZVS mode and soft switching over the entire operating range of the SYS system despite phase-shifted signals.
Par conséquent le rendement énergétique du transfert de puissance entre la source 10 disposé au sol et la batterie 70 du véhicule VEH est amélioré et le spectre électromagnétique rayonné est très diminué.Consequently, the energy efficiency of the transfer of power between the source 10 disposed on the ground and the battery 70 of the vehicle VEH is improved and the radiated electromagnetic spectrum is very reduced.
De plus du fait de la symétrie des convertisseurs, un transfert d’énergie du véhicule VEH vers le dispositif DISP est possible.In addition, due to the symmetry of the converters, energy transfer from the VEH vehicle to the DISP device is possible.
Il n’y a pas de dialogue permanent entre le dispositif DISP et le véhicule VEH, ce qui facilite la charge du véhicule VEH roulant où une grande réactivité en dynamique est nécessaire. Selon les modes de mise en œuvre décrits précédemment, seul un échange entre les unités UT40 et UT90 est nécessaire avant le début de la charge ou un échange ponctuel à chaque actualisation de la consigne de puissance est nécessaire.There is no permanent dialogue between the DISP device and the VEH vehicle, which facilitates the charging of the traveling VEH vehicle where great dynamic responsiveness is required. According to the modes of implementation described above, only an exchange between the units UT40 and UT90 is necessary before the start of the charge or a punctual exchange at each update of the power setpoint is necessary.
Avantageusement, dans les quatre premiers modes de mise en œuvre décrits précédemment, le transfert de puissance est régulé selon la demande de puissance du réseau 70. Il n’est pas nécessaire de rajouter un convertisseur de puissance supplémentaire pour réguler la puissance fournie par le convertisseur 50.Advantageously, in the first four modes of implementation described above, the power transfer is regulated according to the power demand of the network 70. It is not necessary to add an additional power converter to regulate the power supplied by the converter 50.
Dans les cinquième et sixième modes de mise en œuvre décrits précédemment, le déphasage du premier convertisseur est égal au déphasage du deuxième convertisseur. Par conséquent la tension de sortie du convertisseur 50 varie peu et facilite la réalisation d’un convertisseur de tension continu/continu relié en sortie du convertisseur 50.In the fifth and sixth embodiments described above, the phase shift of the first converter is equal to the phase shift of the second converter. Consequently, the output voltage of the converter 50 varies little and facilitates the production of a DC / DC voltage converter connected at the output of the converter 50.
Selon un autre mode de réalisation des circuits résonants 30 et 80, le condensateur et l’inductance peuvent être connectés en parallèle ou peuvent comprendre un ou plusieurs condensateurs et inductances reliés entre eux. Il faudra veiller à ce que la structure des circuits résonants 30 et 80 soit identique, c’est-à-dire que dans le cas d’un circuit résonant 30 comprenant un condensateur relié en parallèle à une inductance, le circuit résonant 80 comprend un condensateur relié en parallèle à une inductance.According to another embodiment of the resonant circuits 30 and 80, the capacitor and the inductor can be connected in parallel or can comprise one or more capacitors and inductors connected together. It will be necessary to ensure that the structure of the resonant circuits 30 and 80 is identical, that is to say that in the case of a resonant circuit 30 comprising a capacitor connected in parallel to an inductor, the resonant circuit 80 comprises a capacitor connected in parallel to an inductor.
De plus, la commutation à tension nulle permet de limiter les émissions électromagnétiques.In addition, zero voltage switching makes it possible to limit electromagnetic emissions.
Selon d’autres modes de réalisation, la source 10 de tension continue comprend une source de tension continue réversible.According to other embodiments, the DC voltage source 10 comprises a reversible DC voltage source.
Dans ces modes de réalisation, le transfert de puissance électrique peut s’effectuer de manière bidirectionnelle entre la source de tension continue 10 et le réseau de puissance embarqué 70.In these embodiments, the transfer of electrical power can take place bidirectionally between the DC voltage source 10 and the on-board power network 70.
Le système SYS peut en outre transférer de la puissance électrique du réseau 70 vers la source 10 comprenant une source de tension continue réversible en régulant le transfert de puissance selon l’un les quatre premiers modes de mise en œuvre décrit précédemment dans lequel l’unité 40 détermine la puissance de charge maximale admissible par la source 10 et élabore la consigne de régulation comprenant une puissance de consigne inférieure ou égale à la puissance maximale admissible par la source 10 ou selon l’un des cinquième et sixième modes de mise en œuvre décrits précédemment dans lequel l’unité UT40 régule le convertisseur 20 de manière que la tension oe aux bornes du premier circuit résonant 30 soit égale à la tension ns aux bornes du second circuit résonant 80 à un facteur multiplicatif près.The SYS system can also transfer electrical power from the network 70 to the source 10 comprising a reversible DC voltage source by regulating the power transfer according to one of the first four modes of implementation described above in which the unit 40 determines the maximum load power admissible by the source 10 and develops the regulation setpoint comprising a setpoint power less than or equal to the maximum power admissible by the source 10 or according to one of the fifth and sixth embodiments described previously in which the unit UT40 regulates the converter 20 so that the voltage oe across the first resonant circuit 30 is equal to the voltage ns across the second resonant circuit 80 to within a multiplicative factor.
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