FR3096847A1 - Procédé de commande d’un Convertisseur continu-continu pour un chargeur de batterie d’accumulateurs électriques bidirectionnel - Google Patents

Procédé de commande d’un Convertisseur continu-continu pour un chargeur de batterie d’accumulateurs électriques bidirectionnel Download PDF

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Abstract

Procédé de commande (4) en fréquence de la tension d’entrée d’un convertisseur de courant continu-courant continu d’un chargeur électrique bidirectionnel, fonctionnant en mode décharge comprenant : - une étape préalable de définition d’une valeur de tension de consigne (VDC req ), - une étape de calcul (40) d’une valeur de fréquence de commande ( ) dudit convertisseur de courant continu-courant continu (12), obtenue par inversion du gain dudit convertisseur de courant continu-courant continu (12), en fonction d’une tension batterie (Vbat) de sortie, d’une consigne de puissance (Preq) d’entrée et de ladite tension d’entrée de consigne (VDC req) ; et une étape de régulation fine du bus DC par incrément/décrément de la fréquence. - une étape d’application de la fréquence de commande ainsi calculée audit convertisseur. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 4.

Description

Procédé de commande d’un Convertisseur continu-continu pour un chargeur de batterie d’accumulateurs électriques bidirectionnel
La présente invention se rapporte à un convertisseur continu-continu pour un chargeur de batterie d’accumulateurs électriques bidirectionnel et son procédé de commande.
Un chargeur de batterie d’accumulateurs électriques classique est unidirectionnel en ce sens qu’il permet uniquement de recharger les accumulateurs électriques depuis un réseau externe d’alimentation électrique, ce qu’on appelle communément le sens de charge ou encore sens direct.
Un tel chargeur de batterie d’accumulateurs électrique unidirectionnel comprend généralement un étage de correction du facteur de puissance, aussi connu sous son abréviation anglophone PFC, et un étage de conversion continu-continu, plus généralement appelé étage DC-DC.
Cependant, il est utile que les chargeurs d’accumulateurs puissent aussi délivrer l’électricité accumulée à un réseau électrique externe, en source de courant, ou de remplacer un réseau et fonctionner en source de tension sur laquelle viennent se brancher des charges ; on parle alors de chargeurs bidirectionnels. La fourniture de courant par la batterie d’accumulateurs électriques au réseau externe étant dit sens de décharge, ou encore sens indirect.
On connaît notamment des chargeurs bidirectionnels, tel que celui du document FR3014260 A1, qui décrit un chargeur à DCDC résonnant du type en montage LC série. Cependant, Un tel montage ne permet pas de changer de type de conversion d’énergie car son gain est toujours inférieur à 1.
On connaît aussi un chargeur bidirectionnel (ou réversible) pour des applications à forte densité de puissance tel que représenté en figure 1 de l’art antérieur, qui met en œuvre un convertisseur DC-DC du type LLC résonant à pont complet.
Un convertisseur LLC résonant à pont complet 10 selon la figure 1, comprend un pont complet de commutation 11 générant un signal ou courant carré excitant un circuit LLC 12, composé d’un condensateur série Cr et de deux inductances, une inductance série Lr et une inductance Lm en parallèle du bobinage primaire d’un transformateur 13. Le circuit LLC 12 produit alors un courant sinusoïdal résonant dans le tr 13 qui est redressé par le pont redresseur 14, puis transmis à la batterie 16, aussi représentée sur les figures en tant que de source de tension 15.
L’ensemble formé par le circuit LLC 12 étant dit circuit primaire ou partie primaire du convertisseur, et le pont redresseur 14 étant dit circuit secondaire, ou partie secondaire du convertisseur. Dans un fonctionnement en sens direct d’un chargeur, ou en sens de charge, le courant est envoyé depuis le primaire vers le secondaire.
Généralement dans les chargeurs réversibles connus de l’art antérieur, les fréquences de régulation du DCDC, en mode charge et en mode décharge, sont bornées entre sensiblement 60KHz et 200KHz.
Or, en mode décharge, à haute tension batterie Vbat et basse puissance, la régulation vers le gain recherché, Vdc/Vbatqui est en général inférieur à 0.9, provoque une divergence de la fréquence de régulation du DCDC, vers des fréquences de commutation plus élevées que les 200 KHz. Ceci provoque une forte baisse du rendement du chargeur en mode décharge.
Aussi, il existe le besoin d’une commande adaptée pour permettre une meilleure régulation du DCDC en mode décharge à haute tension batterie et basse puissance.
A cet effet on propose un procédé de commande en fréquence de la tension d’entrée d’un convertisseur de courant continu-courant continu d’un chargeur électrique bidirectionnel connecté à une batterie, fonctionnant en mode décharge de la batterie comprenant :
- une étape préalable de définition d’une valeur de tension d’entrée de consigne en entrée du convertisseur, les entrées et sorties du convertisseur étant définies par rapport au mode charge de la batterie,
- une étape de calcul d’une valeur de fréquence de commande dudit convertisseur de courant continu-courant continu, obtenue par inversion du gain dudit convertisseur de courant continu-courant continu, en fonction d’une tension batterie de sortie, d’une consigne de puissance d’entrée et de ladite tension d’entrée de consigne ; et
- une étape d’application de la fréquence de commande ainsi calculée audit convertisseur.
Ainsi on peut obtenir une commande du DCDC d’un chargeur fonctionnant en mode décharge, ou inversé, adapté pour assurer une régulation relativement performante à haute tension batterie et basse puissance.
Avantageusement et de manière non limitative, ledit convertisseur de courant continu-courant continu est de type LLC série résonant comportant en entrée un pont complet de commutation connecté à un circuit résonant LLC, lui-même connecté à un transformateur relié à la batterie par l’intermédiaire d’un pont en H, ledit circuit résonant comportant une inductance série, une inductance commutée connectée aux bornes de sortie dudit pont complet de commutation uniquement en mode décharge, et une capacité série ; ladite valeur de fréquence de commande étant fonction desdites deux inductances et de ladite capacité série. Ainsi, le calcul de la fréquence de commande est obtenu par une approximation du fonctionnement du DCDC, permettant de simplifier les calculs et de rendre le procédé plus rapide.
Avantageusement et de manière non limitative, l’étape d’application de la fréquence de commande comprend :
- la définition d’un pas d’incrément fréquentiel ;
- une étape d’initialisation de la fréquence de commande à une valeur initiale de commande correspondant à la fréquence de commande ainsi calculée ;
- la définition d’une première valeur de seuil et d’une deuxième valeur de seuil, de la valeur opposée de la première valeur de seuil et de la valeur opposée de la deuxième valeur de seuil, la première valeur de seuil étant strictement supérieure à la deuxième valeur de seuil, lesdites valeurs de seuil étant strictement positives ;
- une étape de calcul d’une valeur d’erreur entre une valeur de tension d’entrée mesurée et ladite tension d’entrée de consigne ; et
- une étape de comparaison entre ladite valeur d’erreur et lesdites valeurs de seuil ;
le procédé comprenant une étape de régulation au cours de laquelle :
- lorsque ladite valeur d’erreur est comprise entre la première valeur de seuil et la valeur opposée de la première valeur de seuil, et lorsque ladite erreur est supérieure à la deuxième valeur de seuil ou inférieure à la valeur opposée de la deuxième valeur de seuil, on incrémente ou on décrémente, la fréquence de commande du pas d’incrément fréquentiel ;
- lorsque ladite valeur d’erreur est comprise entre la deuxième valeur de seuil et la valeur opposée de la deuxième valeur de seuil on maintient la fréquence de commande à sa valeur précédente,
- lorsque ladite valeur d’erreur est supérieure à la première valeur de seuil ou lorsque ladite valeur d’erreur est inférieure à la valeur opposée de la première valeur de seuil on applique comme fréquence de commande, la valeur initiale de commande.
Ainsi, le procédé comprend une commande en fréquence relativement simple, rapide et robuste.
Avantageusement et de manière non limitative, le procédé comprend en outre une régulation par rétroaction de la fréquence de commande. Ceci permet d’obtenir une régulation plus performante et précise.
L’invention concerne aussi un chargeur d’accumulateurs électriques bidirectionnel, comprenant un étage de correction du facteur de puissance, au moins un convertisseur de courant continu-continu, et un dispositif de mise en œuvre d’un procédé tel que décrit précédemment.
L’invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant un chargeur d’accumulateurs électriques bidirectionnel tel que décrit précédemment.
D’autres particularités et avantages ressortiront à la lecture de la description, donnée à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins suivant annexés :
est une vue schématique d’un chargeur d’accumulateurs électriques connu de l’art antérieur ;
est une vue schématique du procédé de commande par alternance entre le mode de régulation nominale et le mode Burst, selon un mode de réalisation de l’invention ;
est une vue schématique d’un chargeur d’accumulateurs électriques bidirectionnel selon un mode de réalisation de l’invention.
est une représentation schématique simplifiée du chargeur de la figure 3a ;
est un organigramme du procédé de régulation selon le mode de réalisation de la figure 2.
En référence à la figure 3a, selon un mode de réalisation de l’invention, un chargeur non représenté dans son ensemble, comprend un étage d’entrée redresseur correcteur du facteur de puissance monophasé ou polyphasé dit PFC, non représenté, et un dispositif de conversion continu-continu 1 comprenant un convertisseur LLC résonant à pont complet 20 bidirectionnel. Il est à noter que la description des éléments du chargeur est faite en référence au mode charge. Ainsi l’entrée du convertisseur courant continu courant continu correspond aux connexions du convertisseur à l’opposé des connexions batterie Batt. De même le secondaire du transformateur du convertisseur appartient à l’étage de sortie comportant la batterie Batt.
Le convertisseur LLC résonant à pont complet 20 comprend un pont complet de commutation 21 générant un signal ou tension carré excitant un circuit LLC 22, composé d’un condensateur et de deux inductances. Le circuit LLC 22 produit alors un courant sinusoïdal résonant transmis par un transformateur 23 et redressé par un pont redresseur 24. Le signal/courant redressé et amplifié est collecté par la batterie 26, la batterie 25 étant aussi représentée en tant que source de tension 25.
L’ensemble formé par le pont complet de commutation 21 et le circuit LLC 22 est dit circuit primaire ou partie primaire du convertisseur, et l’ensemble formé du redresseur 24 est dit circuit secondaire, ou partie secondaire du convertisseur.
En mode inversé, l’impédance de l’étage correcteur du facteur de puissance, du réseau ou des charges connectées en entrée du chargeur est assimilée à une résistance de charge Rch.
Dans un fonctionnement bidirectionnel du chargeur, lorsque le courant est envoyé depuis le primaire vers le secondaire du convertisseur 20, on parle de sens direct de fonctionnement du convertisseur 20, ce qui permet de recharger la batterie 26 depuis un réseau électrique externe connecté au primaire. Le chargeur est en outre conformé pour fonctionner en sens indirect, dans lequel l’énergie accumulée par la batterie 26 transite du secondaire vers le primaire du convertisseur 20 afin d’alimenter un réseau électrique externe en fonctionnant comme source de courant, ou de remplacer un réseau, en fonctionnant en source de tension.
Le pont de commutation 21 comprend 4 bras de commutation, chacun étant formé d’une structure parallèle 210, 210’, 210’’, 210’’’, en ce sens que la structure comprend des composants électroniques montés en parallèle les uns des autres.
Chaque structure parallèle 210, 210’, 210’’, 210’’’ comprenant une diode, et un transistor.
Les structures parallèles 210, 210’, 210’’, 210’’’ sont montées en pont complet, selon une configuration bien connue de l’homme du métier.
Le circuit LLC 22 et le transformateur 23 sont conformes à ceux de l’art antérieur cité précédemment en référence à la figure 1.
Le redresseur 24, du circuit secondaire, comprend un pont complet formé de 4 bras de commutation.
Chaque bras de commutation étant formé d’une structure parallèle 240, 240’, 240’’, 240’’’, en ce sens que la structure comprend des composants électroniques montés en parallèle les uns des autres.
Chaque structure parallèle 240, 240’, 240’’, 240’’’ comprenant, en référence à la figure 3a, une diode 302, et un transistor 301, selon un montage en pont complet de redresseur.
On ajoute une branche parallèle 28 installée en parallèle du circuit LLC 22, entre le pont complet de commutation 21 et ledit circuit LLC 22. Cette branche 28 est connectée aux deux sorties du pont de commutation 21 en amont du circuit LLC 22 (le terme « amont » se référant ici au sens direct de charge).
Autrement dit, cette branche parallèle 28 s’étend à une première jonction entre une sortie du pont de commutation 21 et le condensateur Cr du circuit LLC, tandis que l’autre jonction est montée entre la deuxième sortie du pont de commutation 21 et la deuxième inductance Lm parmi les deux inductances Lr et Lm du circuit LLC.
La branche parallèle 28 comprend une inductance dite commutée Lm_commutée qui est connectée au circuit LLC 22 en mode décharge, et déconnectée en mode charge.
Ainsi, le convertisseur continu-continu en mode de fonctionnement en décharge est équivalent à un LLC.
Le dispositif de conversion continu-continu 1 comprend un moyen de commande, non représenté, par exemple un micro-processeur et/ou un FPGA, pour commander l’ouverture et la fermeture de l’interrupteur k de la branche parallèle 28.
Le procédé de commande 4 selon l’invention vise à commander en fréquence la tension Vdc de la capacité d’entrée.
L’objectif de ce procédé est de mettre en œuvre un mode de régulation, du bus continu (appelé Bus DC),connu sous le nom de mode «Burst» par hystérésis sur la fréquence et bus continu (appelé Bus DC) est envisagé. Ce modeBurstconsiste à appliquer la fréquence maximale par paquet et à basculer la fréquence entre 200KHz et 0Hz afin de pouvoir réguler le bus DC aux points limites.
Ceci implique l’arrêt du découpage par intervalle afin de laisser le bus DC (de tension Vdc sur la figure 3a) revenir vers la consigne.
Le découpage reprend ensuite pour le maintenir tant que possible. Dès que le bus DC dépasse un certain seuil maximal, défini par une calibration, et dès lors que la fréquence est saturée, la fréquence de commande est basculée à zéro et le découpage s’arrête. Ces étapes étant mise en œuvre de manière répétitive.
Ainsi en référence à la figure 2, le mode Burst est exposé, en décharge, mais fonctionnant sur le même principe en fonctionnement charge, pour des points de fonctionnement donnés en exemples, ici Vbat=400V ou Vbat=430V avec une consigne de la tension Vdc à Vdc reqégale à 450V.
Sur la figure 2 dès que la fréquence F_nomatteint 50 une valeur supérieure ou égale à 190KHz, ou selon une alternative toute valeur approchant 200 KHz, et que le bus DC s’éloigne 51 de la consigne le mode Burst est activé 52, ramenant le bus DC à sa consigne, sensiblement 450V.
Lorsque la puissance remonte, conduisant la fréquence F_nomà ne plus saturer 53 naturellement, et le Bus DC convergeant 54 à nouveau vers la valeur de consigne, le mode Burst est arrêté 55 et la régulation nominale 56 applique la fréquence de commande en continu.
A cet effet, le procédé selon l’invention comprend le calcul d’une fréquence de découpage du DCDC.
On sait, en référence à la figure 3b, que la fonction de transfert d’un DCDC LLC en mode décharge selon l’invention est de la forme :
(1)
Avec G le gain de la fonction de transfert du DCDC (ou tout au moins de la partie onduleur du DC/DC allant jusqu’au primaire du transformateur) ;
le rapport de transformation du transformateur du DCDC ;
Vbatla tension aux bornes de la batterie, soit la tension en sortie du DCDC,
Vdcla tension continue en entrée du DCDC ;
Et par terminologie générique dans le mode de fonctionnement en décharge : Voutla tension en sortie du DCDC, en mode décharge, et Vinla tension en entrée du DCDC en mode décharge.
En référence à la figure 3b, qui est une vue simplifiée du DCDC, la résistance Rchcorrespond à l’impédancedu PFC et d es différentes charges ou réseaux connectés au chargeur en mode r é versib le (décharge). Aussi Rchest calculée selon l’équation suivante :
(2)
Avec P la puissance au primaire du transformateur.
Aussi pour calculer le gain de la fonction de transfert du DCDC, on calcule :
(3)
Cette équation (3) est réécrite en fonction de la pulsation ω ( ), en posant s=j ω.
On peut par conséquent écrire l’équation de gain selon les équations suivantes :
Ou
En calculant le gain G du transfert, pour obtenir une expression de la fréquence de commande selon l’équation :
(5)
Avec Vbatla tension batterie, Vdc la tension en entrée du DCDC, et Prequne consigne de puissance en entrée du DCDC.
En effet, en remplaçant Vdcdans l’expression de G(s) par une valeur de Vdcde consigne, on peut calculer la fréquence pour laquelle le bus DC converge à une tension donnée, par exemple à 450V.
Le gain G est calculé comme étant le rapport de , soit dans ce mode de réalisation G=450V/ Vbat
On notera que l’expression générale du gain G est la même en décharge, mais les valeurs de gains sont différentes, car les paramètres sont eux-mêmes différents.
On en déduit une équation du 3eme ordre dépendant de ( ),
(6)
Avec les paramètres A, B, C fonction de Vbat, PREQ, Lm _commutéeet Lrles valeurs des inductances du schéma équivalent du DCDC sur la figure 3b, et Cr la valeur de capacité du schéma équivalent du DCDC sur la figure 3b. Autrement dit Cr et Lr correspondent à la capacité série et à l’inductance série du circuit LLC 22 de la figure 3a.
La résolution de l’équation (6) en permet de calculer par commande anticipatrice, connue en anglais sous le termefeedforward, la fréquence de commande du DCDC.
Du fait des dispersions paramétriques, des précisions de calcul, et des hypothèses simplificatrices prises pour l’écriture de la fonction de transfert du DCDC, l’application de ce calcul direct n’est pas suffisante, pour annuler l’erreur statique entre la tension DC mesurée et la consigne. Toutefois l’erreur reste peu significative et présente un maximum de 30V.
Pour pallier ce problème, en référence à la figure 4, un régulateur a été ajouté au feedforward précédent. Il fonctionne par incrément ou décrément de fréquence jusqu’à annulation de l’erreur statique, et adapte ainsi un peu plus la fréquence initiale générée par le calcul précédent, pour une meilleure précision.
Le régulateur selon le premier mode de réalisation est un régulateur discret dans lequel :
eps1 est une valeur de seuil à partir de laquelle l’incrément/décrément de fréquence commence.
eps2 est une valeur de seuil pour laquelle, la fréquence de commande est figée.
Aussi selon un exemple de réalisation en référence à la figure 4, dans une première étape on calcule 40 la fréquence de commande , aussi appelée fréquence de commutation , tel que décrit précédemment, en fonction d’une tension de consigne VDC req, de la tension batterie et de la puissance
On initialise 41 la valeur de fréquence de commande à la valeur initiale de fréquence précédemment calculée.
Ensuite, on calcule 44 une valeur d’erreur ε entre la tension de consigne VDC req et la tension mesurée Vdc mesurée en entrée du DCDC.
On compare cette valeur d’erreur ε à deux valeurs de seuil d’erreur eps1 et eps2, nombres réels positifs tels que eps1>eps2 .
Si 42 l’erreur ε est comprise entre les limites réglables de eps1 et –eps1, par exemple entre 200V et -200V, et si de plus l’erreur ε est supérieure à eps2 ou inférieure à –eps2, ces seuils étant par exemple 5V et -5V, on incrémente ou on décremente selon la position du bus DC par rapport à la consigne 43 la valeur de fréquence initiale par incrément d’un pas d’incrément fréquentiel ΔF soit :
(7)
k étant un entier temporel.
Après cette étape 43, on reboucle sur l’étape 44.
Si 47 après l’étape 44 l’erreur ε est comprise entre les limites de eps2 et –eps2, on fige et on maintient 45 la valeur de la fréquence qui assure un bus DC à 5V prêt de la consigne à la valeur précédente, soit :
La valeur étant égale à si la condition 1 n’a pas été vérifiée précédemment, ou à si l’étape 45 a lieu après k précédentes étapes 43.
Enfin si 48 l’erreur ε est supérieure à eps1 ou inférieure à –eps1, on utilise 46 la valeur de fréquence calculée par feed forward à l’étape 40. Cette valeur est mise à jour périodiquement. La commande continuera à appliquer la fréquence calculée par feedforward tant qu’aucune condition sur l’erreur n’est satisfaite, les étapes 43, 45 et 46 rebouclant sur l’étape 44.
L’invention n’est pas limitée aux valeurs d’exemples donnés de seuils d’erreurs eps1 et eps2. Notamment eps2 peut être réglé à 1 ou 0 V, selon la faisabilité du point de fonctionnement.
Cette méthode assure une convergence à fréquence stable, assurée par l’action feedforward, et efficace, grâce à l’action du régulateur qui finit d’annuler l’erreur statique et fait converger le bus DC avec précision à la valeur consigne.
L’invention n’est pas limitée au type de régulateur décrit dans le premier exemple de réalisation. On peut aussi prévoir un régulateur du type Proportionnel Intégral ou Proportionnel Intégral Dérivé, dont l’implémentation est connue de l’homme du métier, et bien que leur réglage soit plus complexe que le régulateur du premier mode de réalisation de l’invention.

Claims (6)

  1. Procédé de commande (4) en fréquence de la tension d’entrée d’un convertisseur de courant continu-courant continu (12) d’un chargeur électrique bidirectionnel connecté à une batterie, fonctionnant en mode décharge de la batterie comprenant :
    - une étape préalable de définition d’une valeur de tension d’entrée de consigne (VDC req) en entrée du convertisseur, les entrées et sorties du convertisseur étant définies par rapport au mode charge de la batterie,
    - une étape de calcul (40) d’une valeur de fréquence de commande ( ) dudit convertisseur de courant continu-courant continu (12), obtenue par inversion du gain dudit convertisseur de courant continu-courant continu (12), en fonction d’une tension batterie (Vbat) de sortie, d’une consigne de puissance (Preq) d’entrée et de ladite tension d’entrée de consigne (VDC req) ; et
    - une étape d’application de la fréquence de commande ainsi calculée audit convertisseur.
  2. Procédé (4) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit convertisseur de courant continu-courant continu est de type LLC série résonant comportant en entrée un pont complet de commutation connecté à un circuit résonant LLC, lui-même connecté à un transformateur relié à la batterie par l’intermédiaire d’un pont en H, ledit circuit résonant comportant une inductance série (Lr), une inductance commutée connectée (Lm _commutée) aux bornes de sortie dudit pont complet de commutation uniquement en mode décharge, et une capacité série (Cr) ;
    ladite valeur de fréquence de commande ( ) étant fonction desdites deux inductances (Lm _co mmutée, Lr) et de ladite capacité série (Cr).
  3. Procédé (4) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l’étape d’application de la fréquence de commande comprend :
    - la définition d’un pas d’incrément fréquentiel (ΔF) ;
    - une étape d’initialisation (41) de la fréquence de commande ( ) à une valeur initiale de commande ( ) correspondant à la fréquence de commande ainsi calculée ;
    - la définition d’une première valeur de seuil (eps1) et d’une deuxième valeur de seuil (eps2), de la valeur opposée de la première valeur de seuil (-eps1) et de la valeur opposée de la deuxième valeur de seuil (-eps2), la première valeur de seuil étant strictement supérieure à la deuxième valeur de seuil (eps2), lesdites valeurs de seuil étant strictement positives ;
    - une étape de calcul (44) d’une valeur d’erreur (ε) entre une valeur de tension d’entrée mesurée (VDC mesurée) et ladite tension d’entrée de consigne (VDC req ) ; et
    - une étape de comparaison (42) entre ladite valeur d’erreur et lesdites valeurs de seuil (eps1, -eps1, eps2, -eps2) ;
    le procédé comprenant une étape de régulation au cours de laquelle :
    - lorsque ladite valeur d’erreur (ε) est comprise entre la première valeur de seuil (eps1) et la valeur opposée de la première valeur de seuil (-eps1), et lorsque ladite erreur est supérieure à la deuxième valeur de seuil (eps2) ou inférieure à la valeur opposée de la deuxième valeur de seuil (-eps2), on incrémente ou on décrémente (43), la fréquence de commande ( ) du pas d’incrément fréquentiel (ΔF) ;
    - lorsque ladite valeur d’erreur est comprise entre la deuxième valeur de seuil (eps2) et la valeur opposée de la deuxième valeur de seuil (-eps2) on maintient (45) la fréquence ( de commande à sa valeur précédente,
    - lorsque ladite valeur d’erreur est supérieure à la première valeur de seuil (eps1) ou lorsque ladite valeur d’erreur est inférieure à la valeur opposée de la première valeur de seuil (-eps1) on applique comme fréquence de commande, la valeur initiale de commande ( ).
  4. Procédé (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu’il comprend en outre une régulation par rétroaction de la fréquence de commande.
  5. Chargeur (1) d’accumulateurs électriques (13) bidirectionnel, comprenant un étage de correction du facteur de puissance, au moins un convertisseur de courant continu-continu (12a, 12b), et un dispositif de mise en œuvre d’un procédé (4) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4.
  6. Véhicule automobile comprenant un chargeur (1) d’accumulateurs électriques (13) bidirectionnel selon la revendication 5.
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JP2021570400A JP2022534263A (ja) 2019-05-29 2020-05-15 蓄電池のバッテリーを充電する双方向充電器のためのｄｃ－ｄｃ変換器を制御するための方法
EP20725713.0A EP3977608A1 (fr) 2019-05-29 2020-05-15 Procédé de commande d'un convertisseur continu-continu pour un chargeur de batterie d'accumulateurs électriques bidirectionnel
CN202080038650.9A CN113939987A (zh) 2019-05-29 2020-05-15 用于控制为蓄电器的电池充电的双向充电器的dc-dc转换器的方法
KR1020217042758A KR20220016159A (ko) 2019-05-29 2020-05-15 양방향 전기 축전 배터리 충전기용 ｄｃ­ｄｃ 변환기를 제어하는 방법
US17/614,176 US20220224237A1 (en) 2019-05-29 2020-05-15 Method for controlling a dc-dc converter for a two-way electrical storage battery charger

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3124906A1 (fr) 2021-07-05 2023-01-06 Renault S.A.S Procédé de commande d’un convertisseur DC-DC réversible.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020129796A1 (fr) * 2018-12-21 2020-06-25 ソニー株式会社 Dispositif d'alimentation électrique
CN115664218B (zh) * 2022-11-01 2023-08-29 深圳市安仕新能源科技有限公司 一种双向变换器控制装置、方法、系统、设备以及介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3014260A1 (fr) 2013-12-03 2015-06-05 Renault Sa Procede et systeme de commande d'un chargeur bidirectionnel d'une batterie de vehicule automobile.
US20170033701A1 (en) * 2013-01-11 2017-02-02 Futurewei Technologies, Inc. Resonant Converters and Methods
US20170080808A1 (en) * 2015-09-17 2017-03-23 Conductive Holding, LLC Bidirectional dc/dc converter for a charging system
US20190089260A1 (en) * 2016-02-04 2019-03-21 Eltek As Bidirectional dc-dc resonant converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170033701A1 (en) * 2013-01-11 2017-02-02 Futurewei Technologies, Inc. Resonant Converters and Methods
FR3014260A1 (fr) 2013-12-03 2015-06-05 Renault Sa Procede et systeme de commande d'un chargeur bidirectionnel d'une batterie de vehicule automobile.
US20170080808A1 (en) * 2015-09-17 2017-03-23 Conductive Holding, LLC Bidirectional dc/dc converter for a charging system
US20190089260A1 (en) * 2016-02-04 2019-03-21 Eltek As Bidirectional dc-dc resonant converter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FANG ZHIJIAN ET AL: "Energy Feedback Control of Light-Load Voltage Regulation for LLC Resonant Converter", IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS, USA, vol. 34, no. 5, 1 May 2019 (2019-05-01), pages 4807 - 4819, XP011717896, ISSN: 0885-8993, [retrieved on 20190402], DOI: 10.1109/TPEL.2018.2858854 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3124906A1 (fr) 2021-07-05 2023-01-06 Renault S.A.S Procédé de commande d’un convertisseur DC-DC réversible.
FR3125370A1 (fr) 2021-07-13 2023-01-20 Renault S.A.S Procédé de commande d’un convertisseur DC-DC réversible.

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