FR3095783A1 - Dispositif de charge pour véhicules électriques. - Google Patents

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Abstract

L’invention propose un dispositif (D) de charge d’un véhicule électrique comprenant :- une armoire d’alimentation électrique (EC) alimentée par un signal alternatif entrant (S0) ;- un support de câble (CT1, CT2, CT3) ;- au moins une ligne de charge (L1, L2, L3) connectant l’armoire audit support de câble ;- un élément de contrôle (CM) connecté audit support de câble et à l’armoire, ladite armoire d’alimentation électrique comprenant :• au moins un bloc convertisseur (B1, B2, B3) configuré pour convertir ledit signal entrant en un signal électrique continu de charge (S1, S2, S3) ;• une carte de commutation (CC), connectée audit au moins un bloc convertisseur, comprenant au moins un commutateur (C11) configuré pour connecter ou déconnecter ledit au moins un bloc convertisseur à ladite au moins une ligne de charge ;• au moins un processeur (P) connecté audit élément de contrôle et à ladite carte de commutation, le processeur étant configuré pour transmettre une information de commutation à ladite carte de commutation sur la base des informations transmises par l’élément de contrôle. Figure pour l'abrégé : Figure 1

Description

Dispositif de charge pour véhicules électriques.
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte au domaine général des dispositifs de charge pour des véhicules électriques. En particulier, l'invention concerne un dispositif pour charger rapidement et intelligemment plusieurs véhicules électriques connectés à un support de câble d’une station de charge électrique.
Arrière-plan technique
Le nombre de véhicules électriques en circulation dans le monde augmente continuellement.
Etant donné le nombre croissant de véhicules électriques en circulation, il est nécessaire d’augmenter la puissance électrique totale disponible pour charger des batteries de ces véhicules électriques dans un temps limité lorsque plusieurs d’entre eux sont connectés simultanément aux différents supports de câble ou bornes d’une même station de charge électrique.
Par ailleurs, l’amélioration de la capacité de charge des batteries employées dans les véhicules électriques nécessite des puissances électriques de charge de plus en plus importantes pour limiter le temps de charge.
Dès lors, les supports de câbles doivent incorporer des blocs d’alimentation électrique dont la puissance est de plus en plus grande, d’une puissance supérieure à plusieurs dizaines de kilowatts (kW). En particulier, ces blocs d’alimentation électrique sont des blocs convertisseurs AC/DC connectés directement à un réseau électrique, par exemple au réseau électrique triphasé de grande distribution, afin de fournir un signal électrique de puissance déterminée pour charger un véhicule électrique.
Les solutions actuelles pour augmenter la puissance disponible privilégient l’intégration de blocs convertisseurs de haute puissance dans la ou chaque support de câble de la station de charge électrique concernée. Le réseau électrique charge donc les différents blocs convertisseurs, le support de câble pouvant alors être connecté à un véhicule électrique pour recharger la batterie du véhicule.
De tels blocs convertisseurs ont pour inconvénient d’être lourds et difficiles à intégrer dans un support de câble. La situation peut être pire lorsqu’un support de câble est employé pour charger plusieurs véhicules électriques à la fois car dans ce cas, il convient de prévoir dès la conception des blocs de haute puissance en nombre suffisant.
De plus, un support de câble intégrant des blocs convertisseurs tels que décrits précédemment est généralement conçu pour fournir une puissance maximale prédéterminée.
Dès lors, des supports de câble de même puissance ont pour inconvénient de ne pas être adaptés à des véhicules électriques présentant chacun une puissance maximale de charge différente. Autrement dit, les supports de câble actuels sont peu versatiles. Ainsi, lorsque la puissance fournie par un support de câble est inférieure à la puissance optimale de charge d’un véhicule électrique, le temps de charge de ce véhicule électrique est plus long. Ou encore, lorsqu’un support de câble fournit une puissance supérieure à celle de la puissance maximale acceptable par la batterie d’un véhicule électrique, ce dernier peut subir des dommages, par exemple en raison d’une surchauffe de ses composants. Une utilisation inadaptée de supports de câble et plus précisément des blocs convertisseurs qui y sont intégrés de puissance élevée, en particulier de puissances supérieures à 50 kW, peut rapidement provoquer des dommages importants à un véhicule électrique en cours de charge.
Ces conséquences négatives sont d’autant plus importantes que la tendance est de fournir une puissance augmentée des blocs convertisseurs contenus dans un support de câble.
En outre, de tels blocs convertisseurs impliquent de localiser une puissance électrique élevée dans un seul support de câble qui est situé à proximité du véhicule électrique à charger. Cette proximité présente des dangers importants pour la sécurité des utilisateurs, des véhicules électriques et/ou du support de câble lui-même.
Afin de résoudre l’un au moins des inconvénients mentionnés précédemment, l’invention propose un dispositif de charge d’un véhicule électrique, ledit dispositif comprenant :
- au moins une armoire d’alimentation électrique destinée à recevoir un signal électrique alternatif entrant ;
- au moins un support de câble configurée pour charger électriquement au moins un véhicule électrique ;
- au moins une ligne de charge connectant électriquement ladite au moins une armoire d’alimentation électrique audit au moins un support de câble ;
- un élément de contrôle connecté audit au moins un support de câble pour recevoir des informations dudit au moins un support de câble et connecté à ladite au moins une armoire électrique pour transmettre des informations en direction de ladite au moins une armoire électrique ;
ladite au moins une armoire d’alimentation électrique comprenant en outre
• au moins un bloc convertisseur configuré pour convertir ledit signal électrique alternatif entrant en au moins un signal électrique continu de charge ;
• au moins une carte de commutation connectée électriquement audit au moins un bloc convertisseur, ladite carte de commutation comprenant au moins un commutateur configuré pour connecter électriquement ou déconnecter électriquement ledit au moins un bloc convertisseur à ladite au moins une ligne de charge ;
• au moins un processeur connecté audit élément de contrôle et à ladite carte de commutation, ledit au moins un processeur étant configuré pour transmettre une information de commutation à ladite carte de commutation sur la base des informations transmises par l’élément de contrôle.
Le dispositif selon l’invention pourra comprendre l’une au moins des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- lesdits supports de câble étant connectés électriquement à ladite au moins une armoire d’alimentation électrique par un premier nombre N1 ≥ 2 de lignes de charge, ladite au moins une carte de commutation comprenant au moins deux commutateurs pour connecter électriquement ou déconnecter électriquement ledit au moins un bloc convertisseur à l’une et/ou l’autre de lignes de charges dudit au moins un support de câble ;
- ledit premier nombre N1 de lignes de charge est compris entre 2 et 100, de préférence entre 2 et 24 ;
- au moins une armoire d’alimentation électrique comprend un deuxième nombre N2 ≥ 2 de blocs convertisseurs, ladite au moins une carte de commutation étant comprenant au moins deux commutateurs pour connecter électriquement ou déconnecter électriquement l’un au moins desdits bloc convertisseurs à ladite au moins une ligne de charge dudit au moins un support de câble ;
- ledit deuxième nombre N2 est compris entre 2 et 100, de préférence entre 2 et 20 ;
- ladite au moins une carte de commutation comporte un troisième nombre N3 de commutateurs configurés pour connecter électriquement et déconnecter électriquement le premier nombre N1 de lignes de charge au deuxième nombre N2 de blocs convertisseurs, ledit troisième nombre N3 étant inférieur ou égal au produit du premier nombre N1 et du deuxième nombre N2 ;
- lequel ledit au moins un commutateur est un commutateur électronique choisi parmi un transistor de type MOSFET ou un transistor de type IGBT ;
- ladite au moins une armoire électrique est connectée électriquement à un réseau électrique générant ledit signal électrique alternatif entrant, ledit réseau électrique étant par exemple un réseau électrique triphasé de grande distribution ;
- l’élément de contrôle est connecté audit au moins un support de câble et à ladite au moins une armoire d’alimentation électrique via un réseau local de communication choisi parmi un réseau filaire, un réseau Bluetooth®, un réseau Wi-Fi, ou un réseau Ethernet.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 est une vue schématique d’un dispositif de charge d’un véhicule électrique selon un mode de réalisation de l’invention ;
la figure 2, sous forme d'organigramme, est une matrice de commutation selon un mode de réalisation de l'invention ;
la figure 3 est une vue en perspective d’une armoire d’alimentation selon un mode de réalisation de l’invention ;
la figure 4 est une vue en perspective d’un bloc convertisseur selon un mode de réalisation de l’invention ;
la figure 5 est une vue en perspective d’une carte de commutation selon un mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée de l'invention
Dans la présente description, on comprendra qu’une station de charge électrique comporte généralement un espace où un véhicule électrique peut stationner ainsi qu'un dispositif de charge électrique comportant une armoire d’alimentation électrique (laquelle peut faire de la production ou de la conversion électrique) et des supports de câbles situés à proximité de cet espace de stationnement. Les supports de câble peuvent être connectés à un véhicule électrique pour charger celui-ci.
De manière non limitative, la présente invention s'applique non seulement à un véhicule électrique mais aussi à tout type de véhicule à hydrogène ou tout type de véhicule hybride pouvant être chargé électriquement.
De manière non limitative, on comprendra qu'un véhicule électrique est n’importe quel type de véhicule comprenant une batterie chargeable électriquement, par exemple un vélo à assistance électrique, une voiture, un bus, un camion, un scooter, un gyropode, un engin agricole, un camping-car, etc.
La figure 1 montre un dispositif de charge D selon un mode de réalisation de la présente invention. Le dispositif de charge D comporte au moins un support de câble, par exemple trois supports de câble CT1, CT2 et CT3.
Selon un mode de réalisation de l’invention, un véhicule électrique peut être connecté à l’un des support de câble du dispositif D. Par exemple, un seul véhicule électrique peut se connecter à un support de câble. En variante, trois véhicules électriques V1, V2 et V3 peuvent se connecter séparément aux supports de câble CT1, CT2 et CT3. De manière non limitative, un ou plusieurs véhicules électriques peuvent se connecter de manière simultanée ou de manière non simultanée à un support de câble distinct.
Typiquement, une connexion d’un véhicule électrique à un support de câble se fait au moyen d’un câble électrique reliant la batterie de ce véhicule électrique au port de chargement du support de câble. Cette connexion permet de charger électriquement la batterie du véhicule électrique, et peut aussi être utilisée pour transmettre une ou plusieurs informations de la batterie et/ou du véhicule électrique au support de câble. De manière non limitative, ces informations comprennent le niveau de charge de la batterie, la puissance maximale acceptable par la batterie, le type de la batterie ou encore le type du véhicule électrique connecté.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le nombre de supports de câble est compris entre 2 et 16. Avantageusement, le dispositif de charge D permet de connecter et charger simultanément jusqu’à 16 véhicules électriques à un nombre inférieur ou égal de support de câble.
Dans l’exemple de la figure 1, les flèches en traits pleins représentent des moyens de transmission d’un signal électrique d’un premier élément vers un deuxième élément, par exemple d’un signal électrique entrant S0 vers une armoire d’alimentation électrique EC ou d’une armoire d’alimentation électrique EC vers un support de câble. L’orientation de ces flèches indique le sens de transmission de chaque signal électrique.
Chacune des trois supports de câble CT1, CT2 et CT3 est connecté électriquement à une armoire d’alimentation électrique EC au moyen d’au moins une ligne de charge, par exemple trois lignes de charge L1, L2, L3.
Les lignes de charge L1, L2, L3 sont, par exemple, des câbles électriques enterrés dans le sol. Ces câbles électriques sont adaptés pour transmettre des signaux électriques de haute puissance, par exemple des signaux électriques continus de charge d’une puissance électrique supérieure à 3 kW.
Une première ligne de charge L1 permet la transmission d’un premier signal électrique S1 de l’armoire EC vers le premier support de câble CT1, une deuxième ligne de charge L2 permet la transmission d’un deuxième signal électrique S2 de l’armoire EC vers le deuxième support de câble CT2 et une troisième ligne de charge L3 permet la transmission d’un troisième signal électrique S3 de l’armoire EC vers le troisième support de câble CT3.
Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins une armoire d’alimentation électrique EC est située à distance en un emplacement éloigné d’un support de câble. Avantageusement, ladite au moins une armoire d’alimentation électrique EC peut être placée à l’intérieur d’un local technique fermé et isolé, ce qui permet d’éviter d’éventuels dommages du fait des conditions climatiques, d’accidents ou de vandalisme.
Le dispositif D comprend en outre un élément de contrôle CM. Sur la figure 1, l’élément de contrôle CM permet aux supports de câble CT1, CT2 et CT3 d’échanger des informations entre elles et avec l’armoire d’alimentation électrique EC, et notamment un processeur P en l’occurrence logé dans l’armoire d’alimentation électrique EC.
Dans l’exemple de la figure 1, les flèches en traits discontinus représentent des moyens de transmission d’une information d’un premier élément vers un deuxième élément, par exemple d’une information depuis un support de câble CT1, CT2 ou CT3 vers l’élément de contrôle CM, ou depuis l’élément de contrôle CM vers le processeur P, en l’occurrence logé comme c’est le cas sur la figure 1 dans l’armoire électrique EC. L’orientation de ces flèches indique le sens de transmission de chaque information.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément de contrôle CM comprend un module d’interface permettant à un utilisateur d’interagir avec l’élément de contrôle CM ou d’afficher des informations qui sont reçues ou transmises par l’élément de contrôle CM.
L’élément de contrôle CM permet à un utilisateur de lire un ou plusieurs paramètres d’un véhicule électrique et/ou de la batterie d’un véhicule électrique connecté à une station de charge. Par exemple, l’élément de contrôle CM permet à un utilisateur de savoir si un véhicule électrique est connecté à l’une ou l’autre des supports de câbles CT1, CT2, CT3.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément de contrôle CM est configuré pour recevoir une information comme la puissance maximale de charge permise par un véhicule électrique connecté à un support de câble, un gamme de puissance de charge acceptable par ce véhicule, ou encore le niveau du signal de sortie fourni à ce véhicule.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément de contrôle CM est configuré pour convertir cette information reçue en une information de contrôle d’une ou de plusieurs armoires d’alimentation électrique. Cette information de contrôle est par exemple une information de commutation pour sélectionner un ou plusieurs blocs convertisseurs de cette ou de ces armoires d’alimentation électrique en vue de charger les véhicules électriques connectés aux supports de câble du dispositif D.
L’élément de contrôle CM peut permettre à un utilisateur de sélectionner la puissance de charge d’un véhicule électrique connecté au dispositif D, pour contrôler les paramètres d’un ou de plusieurs signaux électriques de charge fourni(s) par au moins une armoire d’alimentation électrique EC.
Ainsi, le dispositif D peut ajuster le niveau de la puissance de charge fourni à un ou plusieurs véhicules électriques connecté(s) à un ou plusieurs supports de câble. En variante, l’élément de contrôle peut ajuster le courant électrique et/ou la tension électrique fournie au véhicule électrique pour charger ce véhicule électrique. Il est ainsi possible de gérer de manière dynamique la connexion de chaque bloc convertisseur aux lignes de charge, et donc la puissance de charge pouvant être fournie à tout véhicule électrique connecté à un support de câble.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément de contrôle CM est également configuré pour gérer les protocoles de charge d’une voiture électrique connectée à un support de câble en fonction de la puissance requise pour charger cette voiture. De manière non-limitative, l’élément de contrôle CM peut être configuré pour gérer n’importe quel type de protocole de charge d’une voiture électrique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, un protocole de charge peut être un protocole élaboré par un constructeur de véhicules (par exemple, Chademo, Combo, type 2). De préférence, un protocole de charge adapté à la présente invention permet une charge rapide d’un véhicule électrique avec une puissance maximale importante, par exemple un protocole de type AC type 2, ou de type Combo et Combo 2 pour permettre une charge rapide d’un véhicule électrique.
Si le protocole de charge géré par l’élément de contrôle CM le permet, la charge d’un véhicule électrique peut être maintenue à une puissance constante. En outre, l’élément de contrôle CM peut maintenir le niveau de tension ou de courant d’un signal de charge dans une plage acceptable pour le véhicule en cours de charge.
Par exemple, un utilisateur peut interagir avec l’élément de contrôle CM pour sélectionner le type de charge d’un véhicule électrique donné, par exemple un type de charge à vitesse normale ou un type de charge à vitesse accélérée ou rapide. Un type de charge normale, par exemple avec une puissance de 3 kW, est sélectionnable pour tout véhicule électrique. Certains véhicules électriques disposent cependant de batteries et d'équipements qui permettent des types de charge à vitesse accélérée ou rapide, par exemple avec une puissance de 22 kW ou de 150 kW, et qui peuvent également être chargés par le dispositif de l’invention. On rappelle toutefois qu’il n’y a, sur le principe, pas de limite de puissance.
Différents types de véhicules électriques disponibles sur le marché actuel ont des batteries dont l’énergie stockée est comprise entre 30 kWh et 100 kWh, voire plus. La puissance électrique et le temps nécessaire pour charger ces véhicules croit donc en conséquence : le chargement d’une batterie d’énergie égale à 30 kWh nécessite un temps de trois heures avec un support de câble fournissant une puissance électrique de 10 kW, tandis que le chargement d’une batterie d’énergie égale à 100 kWh nécessite un temps de 30 minutes avec un support de câble fournissant une puissance électrique de l’ordre de 200 kW.
Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins une armoire d’alimentation électrique EC du dispositif D comporte au moins un bloc convertisseur, par exemple trois blocs convertisseurs B1, B2 et B3. Chaque bloc convertisseur peut être connecté à au moins l’une des lignes de charge L1, L2 et L3 par l’intermédiaire de l’armoire électrique EC.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les blocs convertisseurs B1, B2, B3 sont connectés en parallèle dans au moins une armoire d’alimentation électrique. Cette connexion en parallèle permet de générer une puissance égale à la somme des puissances de chaque bloc. Par exemple, la mise en parallèle de 10 blocs convertisseurs générant chacun une puissance de 10 kW permet à l’armoire d’alimentation électrique de pouvoir fournir une puissance totale de 100 kW.
Avantageusement, ce type de disposition des blocs convertisseurs dans une armoire d’alimentation électrique permet d’éviter aux supports de câble du dispositif D d’intégrer des blocs convertisseurs, puisque ces derniers sont placés dans au moins une armoire d’alimentation électrique. Les supports de câble ne comportant pas de blocs convertisseurs sont ainsi de taille réduite et plus légers.
Selon un mode particulier de réalisation de l’invention non représenté, une armoire d’alimentation électrique EC comprend un seul bloc convertisseur B1. Dans ce cas particulier, une ou plusieurs lignes de charge L1, L2, L3 connectent électriquement l’armoire d’alimentation électrique et donc le bloc convertisseur B1 à une ou plusieurs supports de câble CT1, CT2, CT3. Le dispositif D permet alors de sélectionner quel support de câble reçoit un signal électrique continu de charge en provenance du bloc convertisseur B1.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le nombre de blocs convertisseurs est compris entre 1 et 100, de préférence entre 1 et 20. Avantageusement, une armoire d’alimentation électrique EC peut être adaptée pour comprendre jusqu’à 100 blocs convertisseurs.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’armoire électrique et/ou les blocs convertisseurs sont reliés à un réseau électrique, par exemple un réseau électrique triphasé de grande distribution, pour générer un signal électrique de puissance déterminée à partir d’un signal électrique entrant S0 issu du réseau électrique. Par exemple, à partir du signal électrique entrant S0, le premier bloc B1 génère le premier signal électrique de charge S1, le deuxième bloc B2 génère le deuxième signal électrique de charge S2 et le troisième bloc B3 génère le troisième signal électrique de charge S3.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le signal électrique de charge peut être un signal dont la tension électrique, le courant électrique et/ou la puissance électrique sont paramétrables. Cette paramétrisation peut se faire, par exemple, à l’aide de blocs convertisseurs paramétrables à cet effet.
L’armoire d’alimentation électrique EC comprend en outre au moins un processeur P. Ledit au moins un processeur est connecté à l’élément de contrôle CM via un réseau de communication, par exemple un réseau local comme un réseau filaire, un réseau Bluetooth®, un réseau Wi-Fi ou encore un réseau Ethernet. Ledit réseau de communication est configuré pour transmettre des informations entre chaque support de câble, l’élément de contrôle CM et le processeur P.
L’armoire d’alimentation électrique EC comprend en outre au moins une carte de commutation CC connectée électriquement à un ou plusieurs blocs convertisseurs de l’armoire. La carte de commutation CC est contrôlable par le processeur P.
Le processeur P est configuré pour convertir une information reçue de l’élément de contrôle CM en une information de commutation à la carte de commutation CC. De manière non limitative, ledit au moins un processeur P est un circuit intégré ou un microprocesseur.
La figure 2 montre sous forme d'organigramme une matrice de commutation M selon un mode de réalisation de la présente invention.
La matrice de commutation M comprend au moins une carte de commutation CC. En transmettant une information de commutation à la carte de commutation CC, le processeur P est utilisé pour contrôler la connexion électrique et la déconnexion électrique des commutateurs que comprend au moins une carte de commutation de la dite au moins une armoire d’alimentation électrique EC. De manière générale, le processeur P permet ainsi de contrôler la connexion électrique et la déconnexion électrique d’un ou de plusieurs blocs convertisseurs à une ligne de charge au moyen d’un commutateur.
De manière non limitative, au moins une carte de commutation CC connecte électriquement et déconnecte électriquement un premier nombre N1 (entier naturel non nul) de blocs convertisseurs B1, B2, B3 à un deuxième nombre N2 (entier naturel non nul) de lignes de charge L1, L2, L3, lesdites lignes de charge étant reliées électriquement à au moins une station de charge CT.
Chaque bloc convertisseur est configuré pour convertir un signal électrique entrant S0 en un signal électrique de charge. Par exemple, trois blocs convertisseurs B1, B2 et B3 sont alimentés par un réseau électrique triphasé de grande distribution leur fournissant un signal électrique entrant alternatif S0, les trois blocs convertisseurs générant à partir de ce signal électrique entrant au moins un signal électrique continu de charge, par exemple trois signaux électriques continus de charge S1, S2 et S3.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la puissance d’un signal électrique de charge généré par au moins un bloc convertisseur est comprise entre 1 kW et 50 kW, de préférence entre 10 kW et 25 kW.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le courant électrique d’un signal électrique de charge généré par au moins un bloc convertisseur est compris entre 1 A et 100 A, de préférence entre 10 A et 50 A.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le courant d’un signal électrique de charge généré par au moins un bloc convertisseur est adaptable pour que la caractéristique courant-tension conserve la puissance de sortie. Avantageusement, cette adaptation permet au dispositif de fournir un signal de puissance stable et/ou constante au cours du temps.
De manière générale et non limitative, au moins une carte de commutation CC comprend un troisième nombre N3 (entier naturel non nul) de commutateurs. Ces commutateurs sont configurés pour fonctionner en tant qu’interrupteurs capables d’ouvrir et de fermer un contact électrique entre un bloc convertisseur et une ligne de charge de sortie.
De manière générale et non limitative, on notera que le dispositif peut contenir n'importe quel premier nombre N1 de lignes de charge, n’importe quel deuxième nombre N2 de blocs convertisseurs, et n’importe quel troisième nombre N3 de commutateurs.
Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, le troisième nombre N3 de commutateurs qui réalisent la connexion électrique et la déconnexion électrique du premier nombre N1 de lignes de charge au deuxième nombre N2 de blocs convertisseurs, est inférieur ou égal au produit du premier nombre N1 et du deuxième nombre N2.
Selon le mode de réalisation de l’invention représenté sur la figure 2, trois blocs convertisseurs B1, B2 et B3 sont connectés électriquement à trois lignes de charge L1, L2 et L3 et transmettent trois signaux électriques de charge S1, S2 et S3 vers un support de câble CT. Trois commutateurs (C11, C21 et C31) connectent électriquement le bloc convertisseur B1 à la ligne de charge L1, trois autres de ces commutateurs (C12, C22 et C32) connectent électriquement le bloc convertisseur B2 à la ligne de charge L2 et encore trois autres de ces commutateurs (C13, C23 et C33) connectent électriquement le bloc convertisseur B3 à la ligne de charge L3. Chacun de ces commutateurs peut aussi être déconnecté électriquement d’une ligne de charge. Comme représenté, au moins une carte de commutation CC du dispositif D comprend 9 commutateurs C11, C12, C13, C21, C22, C23, C31, C32 et C33, le troisième nombre N3 étant donc égal à 9 dans le présent exemple.
Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins un bloc convertisseur est soit connecté à une seule ligne de charge, soit déconnecté de toutes les lignes de charge. Ceci permet à au moins un bloc convertisseur de ne pas être connecté à plus d’une ligne de charge tandis qu’une ligne de charge peut être connectée à plus d’un bloc convertisseur.
Sur la figure 2, le processeur P est connecté au support de câble CT et à la carte de commutation CC, et permet la transmission d’une information de commutation à chaque commutateur pour contrôler la connexion électrique et de la déconnexion électrique des commutateurs. Le processeur P permet ainsi à un utilisateur de sélectionner la puissance d’au moins un signal électrique de charge généré par un ou plusieurs blocs convertisseurs, afin d’adapter le type de charge en fonction des caractéristiques d’un véhicule électrique connecté au support de câble CT.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les commutateurs d’au moins une carte de commutation CC sont des contacteurs électromécaniques, par exemple des contacteurs électromécaniques à deux contacts, et pouvant être soit ouverts soit fermés pour soit empêcher le passage d’un signal électrique soit permettre le passage d’un signal électrique. Avantageusement, des contacteurs électromécaniques à deux contacts conviennent pour ouvrir et fermer un contact électrique dans un circuit électrique transmettant un signal électrique de charge dont la puissance est élevée, par exemple un signal d’une puissance supérieure à 5 kW, de courant élevé et/ou de tension élevée.
Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins un commutateur est un commutateur électronique. L’utilisation de commutateurs électroniques présente de nombreux avantages vis-à-vis d’autres types de commutateurs. Ces commutateurs électroniques sont choisis, de préférence, parmi des transistors de type MOSFET ou de type IGBT.
Avantageusement, des transistors de type MOSFET ou de type IGBT permettent de réaliser la connexion électrique et la déconnexion électrique d’un grand nombre de blocs convertisseurs de puissance élevée avec un grand nombre de lignes de charge au sein d’un dispositif de charge.
Les inventeurs ont montré que l’utilisation de transistors de type MOSFET ou de type IGBT permet de charger rapidement un ou plusieurs véhicules électriques avec une excellente tenue en tension, notamment pour des courants électriques atteignant 30 à 50 A, pour des tensions électriques atteignant 1200 à 1700 V, et pour des signaux de puissance atteignant 30 à 500 kW.
Par exemple, un dispositif de charge D selon un mode de réalisation de la présente invention comporte 34 blocs convertisseurs de 15 kW, disposés dans une ou plusieurs armoires d’alimentation électrique. Chacun de ces blocs convertisseurs est connecté en parallèle à 12 lignes de charge. Avantageusement, ce dispositif peut donc fournir une puissance totale de 360 kW avec une puissance moyenne de 30 kW transmise par ligne de charge. Dans cet exemple, la matrice de commutation M correspondante comporte 12 cartes de commutation, chacune de ces cartes de commutations comprenant 34 commutateurs, donnant un dispositif ayant un total de 288 commutateurs. Pour cet exemple, l’emploi de 288 contacteurs électromécaniques est difficile voire impossible à mettre en œuvre en raison du nombre important de connexions à concevoir dans un espace réduit, de la longueur du câblage nécessaire, et de l’encombrement considérable du dispositif.
Avantageusement, pour cet exemple, l’emploi de commutateurs électroniques tels que des transistors de type MOSFET ou de type IGBT, permet de réduire considérablement le câblage et l’encombrement du dispositif lorsqu’un grand nombre de commutateurs est utilisé. Notamment, l’installation et le câblage de 288 commutateurs électroniques sont beaucoup plus simples à réaliser que l’installation et le câblage de 288 contacteurs électromécaniques.
Avantageusement, l’utilisation de transistors de type MOSFET ou de type IGBT en tant que commutateurs simplifie la fabrication des matrices de commutation et des cartes de commutation, et donc du dispositif de charge D dans son ensemble lorsqu’une puissance électrique de charge élevée doit être fournie, puisque ces commutateurs sont directement intégrés dans ces cartes de commutation.
Avantageusement, l’utilisation de transistors de type MOSFET ou de type IGBT en tant que commutateurs permet la réalisation de connexions électriques et de déconnexions électriques beaucoup plus rapides. Des transistors de type IGBT ont l’avantage de présenter une vitesse de commutation bien supérieure à celle d’autres types de commutateurs, et d’être contrôlables au moyen d’une tension électrique inférieure à celle requise en général pour contrôler d’autres types de commutateurs.
Avantageusement, l’utilisation de transistors de type MOSFET ou de type IGBT convient particulièrement bien pour réaliser une mise en parallèle stable et fiable de plusieurs blocs convertisseurs, en particulier pour des blocs convertisseurs fournissant des signaux électriques d’une charge de puissance supérieure à 1 kW.
La figure 3 montre une armoire d’alimentation électrique EC selon un mode de réalisation de l’invention. L’armoire d’alimentation électrique EC comprend douze blocs convertisseurs B1, B2, … à B12.
Les blocs convertisseurs peuvent être disposés et/ou fixés mécaniquement en différentes positions de l’armoire d’alimentation électrique EC. Selon un mode de réalisation de l’invention, les blocs convertisseurs sont connectés électriquement en parallèle à douze lignes de charge, chaque ligne de charge comprenant une barre métallique, par exemple douze barres de cuivre MB1, MB2, … à MB12 sur la figure 3. Une ligne de charge peut par exemple comprendre une barre métallique et un câble de transmission d’un signal de haute puissance, la barre métallique et le câble de transmission étant connectés l’un à l’autre.
Avantageusement, l’utilisation de barres métalliques en tant qu’éléments de lignes de charge permet d’améliorer la conduction des courants à haute puissance électrique depuis les blocs convertisseurs vers la ou les stations de charge en limitant les pertes d’énergie.
Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, les blocs convertisseurs d’au moins une armoire d’alimentation électrique sont tous standardisés et identiques. Ce choix particulier permet de simplifier la conception et la gestion du dispositif ainsi que des cartes de commutation que comprend celui-ci.
La figure 4 montre un bloc convertisseur B1 selon un mode de réalisation de l’invention. Ce bloc convertisseur B1 est disposé dans une armoire d’alimentation électrique EC et fixé mécaniquement dans cette armoire par un élément de fixation FB, par exemple des vis ou un rail.
Selon un mode de réalisation de l’invention, deux côtés d’au moins un bloc convertisseur comporte douze entrées/sorties électriques pour connecter électriquement ledit bloc convertisseur à 12 lignes de charge (non représentées) au moyen de commutateurs d’une carte de commutation. Comme représenté sur la figure 4, un premier côté du bloc convertisseur B1 est connecté électriquement à une première carte de commutation CC11 comportant 12 commutateurs S101, S102, … S112 tandis qu’un deuxième côté du bloc convertisseur B1 est connecté à une deuxième carte de commutation CC12 comportant 12 commutateurs S201, S202, … S212. Tous ces commutateurs réalisent la connexion électrique et la déconnexion électrique du bloc convertisseur B1 aux 12 lignes de charge.
Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, tous les commutateurs que comprennent les cartes de commutation CC11 et CC12 sont des transistors de type MOSFET ou de type IGBT.
Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins une carte de commutation est connectée simultanément à un bloc convertisseur et à un moyen de refroidissement. Ce moyen de refroidissement, par exemple un ventilateur, permet de dissiper la chaleur émise par ledit bloc convertisseur lorsque celui-ci génère un signal électrique de charge. Ce moyen de refroidissement peut être connecté à un ou plusieurs commutateurs.
Typiquement, pour un courant électrique de 40 A et une tension électrique de 350 V, la puissance dissipée par un bloc convertisseur est de l’ordre de 100 W. La connexion d’un ventilateur de 100 W à ce bloc convertisseur permet donc d’évacuer la chaleur émise par celui-ci et éviter une surchauffe du dispositif.
Sur la figure 4, les 12 commutateurs S101, S102, … S112 sont tous connectés à un premier ventilateur F1 et les 12 commutateurs S201, S202, … S212 sont tous connectés à un deuxième ventilateur F2.
La figure 5 montre une carte de commutation CC11 comportant douze commutateurs S101, S102, … S112, connectés ensemble à un élément de refroidissement F1. De préférence, tous les commutateurs S101, S102, … S112 de la carte de commutation CC11 sont des transistors de type MOSFET ou de type IGBT.
Naturellement, pour satisfaire des besoins spécifiques, une personne compétente dans le domaine de l’invention pourra appliquer des modifications dans la description précédente.
Bien que la présente invention ait été décrite ci-dessus en référence à des modes de réalisation spécifiques, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation spécifiques, et les modifications qui se trouvent dans le champ d'application de la présente invention seront évidentes pour une personne versée dans l'art.

Claims (9)

  1. Dispositif (D) de charge d’un véhicule électrique, ledit dispositif comprenant :
    - au moins une armoire d’alimentation électrique (EC) destinée à recevoir un signal électrique alternatif entrant (S0) ;
    - au moins un support de câble (CT1, CT2, CT3) configurée pour charger électriquement au moins un véhicule électrique (V1, V2, V3) ;
    - au moins une ligne de charge (L1, L2, L3) connectant électriquement ladite au moins une armoire d’alimentation électrique (EC) audit au moins un support de câble (CT1, CT2, CT3) ;
    - un élément de contrôle (CM) connecté audit au moins un support de câble (CT1, CT2, CT3) pour recevoir des informations dudit au moins un support de câble (CT1, CT2, CT3) et connecté à ladite au moins une armoire électrique (EC) pour transmettre des informations en direction de ladite au moins une armoire électrique (EC) ;
    ladite au moins une armoire d’alimentation électrique comprenant en outre
    • au moins un bloc convertisseur (B1, B2, B3) configuré pour convertir ledit signal électrique alternatif entrant (S0) en au moins un signal électrique continu de charge (S1, S2, S3) ;
    • au moins une carte de commutation (CC) connectée électriquement audit au moins un bloc convertisseur, ladite carte de commutation comprenant au moins un commutateur (C11) configuré pour connecter électriquement ou déconnecter électriquement ledit au moins un bloc convertisseur à ladite au moins une ligne de charge (L1, L2, L3) ;
    • au moins un processeur (P) connecté audit élément de contrôle (CM) et à ladite carte de commutation, ledit au moins un processeur étant configuré pour transmettre une information de commutation à ladite carte de commutation sur la base des informations transmises par l’élément de contrôle (CM).
  2. Dispositif (D) selon la revendication 1, comprenant plusieurs supports de câble (CT1, CT2, CT3), lesdits supports de câble étant connectés électriquement à ladite au moins une armoire d’alimentation électrique (EC) par un premier nombre N1 ≥ 2 de lignes de charge (L1, L2), ladite au moins une carte de commutation (CC) comprenant au moins deux commutateurs (C11, C21) pour connecter électriquement ou déconnecter électriquement ledit au moins un bloc convertisseur (B1) à l’une et/ou l’autre de lignes de charges (L1, L2) dudit au moins un support de câble.
  3. Dispositif (D) selon la revendication précédente, dans lequel ledit premier nombre N1 de lignes de charge est compris entre 2 et 100, de préférence entre 2 et 24.
  4. Dispositif (D) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une armoire d’alimentation électrique (EC) comprend un deuxième nombre N2 ≥ 2 de blocs convertisseurs (B1, B2), ladite au moins une carte de commutation (CC) étant comprenant au moins deux commutateurs (C11, C12) pour connecter électriquement ou déconnecter électriquement l’un au moins desdits bloc convertisseurs (B1, B2) à ladite au moins une ligne de charge (L1) dudit au moins un support de câble.
  5. Dispositif (D) selon la revendication précédente, dans lequel ledit deuxième nombre N2 est compris entre 2 et 100, de préférence entre 2 et 20.
  6. Dispositif (D) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une carte de commutation (CC) comporte un troisième nombre N3 de commutateurs (C11, C12, C13, C21, C22, C33, C31, C32, C33) configurés pour connecter électriquement et déconnecter électriquement le premier nombre N1 de lignes de charge au deuxième nombre N2 de blocs convertisseurs, ledit troisième nombre N3 étant inférieur ou égal au produit du premier nombre N1 et du deuxième nombre N2.
  7. Dispositif (D) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un commutateur (C11, C12, C13, C21, C22, C33, C31, C32, C33) est un commutateur électronique choisi parmi un transistor de type MOSFET ou un transistor de type IGBT.
  8. Dispositif (D) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une armoire électrique (EC) est connectée électriquement à un réseau électrique générant ledit signal électrique alternatif entrant (S0), ledit réseau électrique étant par exemple un réseau électrique triphasé de grande distribution.
  9. Dispositif (D) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément de contrôle (CM) est connecté audit au moins un support de câble (CT1, CT2, CT3) et à ladite au moins une armoire d’alimentation électrique (EC) via un réseau local de communication choisi parmi un réseau filaire, un réseau Bluetooth®, un réseau Wi-Fi, ou un réseau Ethernet.
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