FR3096936A1 - Dispositif electrique multifonction ameliore pour vehicule automobile electrique ou hybride - Google Patents

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Abstract

Dispositif électrique multifonction (1) pour véhicule comprenant un circuit de charge de batterie électrique (11) pour raccorder une alimentation externe à une batterie véhicule, au moins un circuit de conversion de courant (12) pour raccorder ladite batterie à des consommateurs électriques (CONSOn) du véhicule, un moyen de pilotage (2) pour piloter le dispositif selon au moins un mode de recharge externe de la batterie et un mode d’alimentation interne des consommateurs électriques. Le circuit de charge (11) et le circuit de conversion (12) partagent un transformateur commun réversible (3) commuté par le moyen de pilotage (2) pour transformer la tension d’alimentation externe en la tension de batterie en mode de recharge et la tension de batterie en une tension d’alimentation interne en mode d’alimentation des consommateurs électriques. Le circuit de charge (11) comporte un composant d’entrée (6) intégrant un convertisseur AC/DC et un circuit PFC (7) de type élévateur abaisseur. Figure 1

Description

DISPOSITIF ELECTRIQUE MULTIFONCTION AMELIORE POUR VEHICULE AUTOMOBILE ELECTRIQUE OU HYBRIDE
La présente invention concerne le domaine des véhicules, en particulier celui des véhicules automobiles. L’invention se réfère plus spécifiquement à un dispositif électrique multifonction amélioré.
De nos jours, les véhicules automobiles électriques ou hybrides sont de plus en plus répandus. En effet, leur émission réduite en matières polluantes et leur faible consommation de carburant fossile en fait des cibles privilégiées pour les consommateurs soucieux de leur environnement et de leur budget. Afin d’améliorer constamment ces véhicules, les moteurs électriques, les batteries et les différents circuits de charge de même que leur architecture ont été grandement améliorés. De manière générale, les véhicules électriques et hybrides comprennent un dispositif de charge de la batterie de véhicule. En effet, afin de recharger la batterie du véhicule, il est nécessaire de la raccorder à une prise externe du secteur par l’intermédiaire du dispositif de charge. Celui-ci comprend notamment un redresseur AC/DC et un transformateur afin de charger la batterie avec un courant à une tension prédéterminée. Également présent sur ce type de véhicule est un dispositif de conversion de type DC/DC, qui comprend également un redresseur AC/DC et un transformateur et permet à la batterie d’alimenter divers consommateurs électriques présents sur le véhicule.
Le document FR3036864A1 décrit un dispositif électrique multifonction pour un véhicule électrique ou hybride, ayant une double fonction d’alimentation et de recharge permettant de minimiser son coût, son poids et son volume. Le dispositif électrique comprend un circuit de charge de batterie agencé pour raccorder une alimentation externe en courant alternatif présentant une première tension à une batterie du véhicule présentant une seconde tension, un circuit de conversion de courant agencé pour raccorder ladite batterie à des consommateurs électriques montés sur ledit véhicule en convertissant un courant de la batterie à la seconde tension vers un courant à une troisième tension pour les consommateurs, et un moyen de pilotage agencé pour piloter ledit dispositif selon un mode recharge de batterie ou un mode alimentation de consommateurs. Le circuit de charge de batterie et le circuit de conversion de courant partagent un transformateur commun réversible qui est commuté par le moyen de pilotage de manière à transformer la première tension vers la seconde tension en mode recharge ou la seconde tension vers la troisième tension en mode alimentation.
Le document FR3040114A1 décrit un autre dispositif électrique multifonction pour véhicule électrique ou hybride, ayant une double fonction d’alimentation et de recharge, qui diffère de celui décrit dans FR3036864A1 par le fait qu’il comprend deux circuits de conversion de courant pour raccorder la batterie à deux alimentations internes distinctes présentant une première ou une seconde tension d’alimentation interne respective. Le moyen de pilotage comprend un mode de recharge de la batterie, dans lequel une des tensions d’alimentation externe et/ou interne est transformée en la tension de batterie, et un mode d’alimentation dans lequel l’une de la tension d’alimentation externe et de la tension de batterie est transformée en la première et/ou seconde tension d’alimentation interne.
Dans les dispositifs électriques multifonction décrits dans ces deux documents, un étage d’entrée du circuit de charge intègre un convertisseur AC/DC (ou redresseur), associé à un circuit PFC (de l’anglais « Power Factor Correction ») de correction de facteur de puissance qui comporte en sortie un condensateur. Or, un inconvénient de cette structure réside dans le fait que, le secteur pouvant être monophasé, biphasé ou triphasé, la tension en sortie du circuit PF, aux bornes d’un condensateur, peut devenir très élevée. Cette tension est de l’ordre de 400V dans le cas d’une alimentation externe monophasée mais s’élève à environ 600V dans le cas d’une alimentation externe triphasée. Il en résulte que le transformateur commun du dispositif électrique multifonction doit être capable de transformer aussi bien une tension de 400V qu’une tension de 600V en une tension de 12V. La conception d’un tel transformateur s’avère difficile.
La présente invention vise à améliorer la situation, et notamment à résoudre l’inconvénient précité.
Dans ce but et dans un premier aspect, la présente invention suggère un dispositif électrique multifonction pour un véhicule automobile électrique ou hybride comprenant :
- un circuit de charge de batterie électrique agencé pour raccorder une alimentation externe en courant alternatif présentant une tension d’alimentation externe à une batterie du véhicule présentant une tension de batterie,
- au moins un circuit de conversion de courant agencé pour raccorder ladite batterie du véhicule présentant la tension de batterie à des consommateurs électriques montés sur ledit véhicule, présentant une tension d’alimentation interne,
- un moyen de pilotage agencé pour piloter ledit dispositif selon au moins un mode de recharge externe de la batterie et un mode d’alimentation interne des consommateurs électriques,
dans lequel
- le circuit de charge de batterie et le au moins un circuit de conversion de courant partagent un transformateur commun réversible agencé pour être commuté par le moyen de pilotage de sorte à transformer la tension d’alimentation externe en la tension de batterie dans le mode de recharge de la batterie et à transformer la tension de batterie en la tension d’alimentation interne en mode d’alimentation des consommateurs électriques,
caractérisé en ce que le circuit de charge de batterie comporte un composant d’entrée intégrant un convertisseur AC/DC et un circuit PFC de correction de facteur de puissance de type élévateur abaisseur
Le circuit PFC est avantageusement agencé pour maintenir une tension en sortie du composant d’entrée inférieure à 330V et avantageusement encore supérieure à 150V.
Le moyen de pilotage peut comprendre un mode de recharge interne de la batterie dans lequel la tension d’alimentation interne est transformée en la tension de batterie.
Le moyen de pilotage peut aussi comprendre un mode de charge et d’alimentation simultanée dans lequel la tension d’alimentation externe est transformée en la tension de batterie et en la tension d’alimentation interne simultanément.
Avantageusement, le transformateur commun réversible comprend un premier enroulement basse tension agencé pour être raccordé à l’alimentation externe, un second enroulement basse tension raccordé à la batterie et au moins un enroulement très basse tension raccordé à l’au moins un circuit de conversion de courant.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif comprend un premier et un deuxième circuit de conversion de courant, agencés pour raccorder ladite batterie du véhicule présentant la tension de batterie respectivement à des premiers consommateurs électriques montés sur ledit véhicule, présentant une première tension d’alimentation interne, et à des deuxièmes consommateurs électriques montés sur ledit véhicule, présentant une deuxième tension d’alimentation interne différente de la première tension d’alimentation interne
Dans un second aspect, l'invention porte également sur un véhicule, de préférence un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant un dispositif électrique multifonction selon l'un quelconque des modes de réalisation présentés dans la présente invention ou selon une quelconque combinaison possible de ces modes de réalisation.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui va suivre et qui présente différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les figures annexées dans lesquelles :
représente, sous une forme schématique, le dispositif électrique multifonction selon une forme de réalisation particulière de réalisation de l’invention ;
représente un premier exemple de schéma du dispositif électrique multifonction dans le cas d’une alimentation externe monophasée ;
représente un deuxième exemple de schéma du dispositif électrique multifonction dans le cas d’une alimentation externe triphasée.
La figure 1 représente un mode de réalisation particulier du dispositif électrique multifonction 1 pour véhicule électrique ou hybride, ayant une double fonction d’alimentation de consommateurs électriques du véhicule CONSO1, CONSO2, …, CONSOn et de recharge d’une batterie électrique BAT du véhicule. Selon ce mode de réalisation particulier, le dispositif électrique multifonction 1 comprend un circuit de charge de batterie 11 agencé pour raccorder une alimentation externe en courant alternatif, en l’espèce le secteur, à une batterie BAT du véhicule présentant une tension de batterie, par exemple 230 V.
Le dispositif électrique multifonction 1 comprend également un circuit de conversion de courant 12 agencé pour raccorder la batterie BAT à divers consommateurs électriques CONSO1, CONSO2, …, CONSOn montés sur le véhicule en convertissant un courant de la batterie BAT à la tension de batterie vers un courant à une tension d’alimentation interne, par exemple 12V, pour les consommateurs CONSO1, CONSO2, …, CONSOn.
Le dispositif électrique multifonction 1 comprend aussi un moyen de pilotage 2, tel qu’un processeur, agencé pour piloter le dispositif 1 selon un mode de recharge de batterie dans le lequel le circuit de charge 11 est utilisé pour recharger la batterie BAT, ou selon un mode d’alimentation de consommateurs électriques, dans lequel le circuit de conversion de courant 12 est utilisé pour alimenter les consommateurs électriques CONSO1, CONSO2, …, CONSOn du véhicule.
Dans le mode de réalisation décrit ici, le circuit de charge de batterie 11 et le circuit de conversion de courant 12 partagent divers composants 3, 4, 5.
Le composant 3 est un transformateur réversible d’isolement, commun au circuit de charge de batterie 11 et au circuit de conversion de courant 12, agencé pour être commuté sur commande du moyen de pilotage 2 de manière à transformer
- la tension d’alimentation externe vers la tension de batterie, en mode de recharge de la batterie BAT, ou
- la tension de batterie vers la tension d’alimentation interne, en mode d’alimentation des consommateurs électriques CONSO1, CONSO2, …, CONSOn.
Le transformateur 3 comprend un premier enroulement basse tension L6 agencé pour être raccordé à l’alimentation externe, un second enroulement basse tension L8 raccordé à la batterie BAT et un enroulement très basse tension L7 raccordé aux consommateurs électriques CONSO1, CONSO2, …, CONSOn du véhicule. De préférence, une plage de tension des enroulements basse tension est comprise dans la plage de 170 V et 500 V et une plage de tension de l’enroulement très basse tension est comprise dans la plage de 6 à 18 V.
Le composant 4 est un convertisseur à diodes configurable en redresseur (ou convertisseur AC/DC) sous la forme d’un pont de diodes, en mode de rechargede batterie, et en onduleur (ou convertisseur DC/AC), en mode d’alimentation électrique des consommateurs électriques, sur commande du moyen de pilotage 2.
Le composant 5 est un filtre, qui peut être optionnel, agencé pour adapter la tension issue du composant 4 à la tension de batterie.
De la même manière, le circuit de conversion de courant 12 comprend en outre un filtre 9 et un convertisseur DC/AC 10 entre le transformateur 3 et les consommateurs électriques CONSO1, CONSO2, …, CONSOn.
Outre les composants de la partie commune aux deux circuits 11 et 12, le circuit de charge 11 comprend également, en entrée (raccordé à une prise secteur), un composant 6 intégrant un convertisseur AC/DC et un circuit PFC de correction de facteur de puissance et, entre le composant 6 et le transformateur 3, un convertisseur DC/AC 7. Le circuit PFC est de type élévateur abaisseur, également appelé circuit PFC “buck boost” en anglais. Il est agencé pour maintenir une tension en sortie du composant 6 inférieure à 330V et de préférence supérieure à 150V. Grâce à cela, la tension efficace fournie au premier enroulement basse tension du transformateur, raccordé à l’alimentation externe, est de l’ordre de 240V. Cela permet un rapport de transformation de l’ordre 20:1 pour une tension d’alimentation interne de 12V et de l’ordre de 1:1 pour une tension batterie BT. Le transformateur peut ainsi être le même pour une alimentation externe triphasée et pour une alimentation externe monophasée.
Le moyen de pilotage 2 peut comprendre un mode de recharge interne de la batterie dans lequel la tension d’alimentation interne est transformée en la tension de batterie. Dans ce cas, le moyen de pilotage 2 transmet des ordres de commande aux composants 3, 4 et 10 pour que l’alimentation interne du véhicule (alimentant les consommateurs électriques CONSO1, CONSO2, …, CONSOn) alimente la batterie BAT via le transformateur commun 3.
Le moyen de pilotage 2 peut aussi comprendre un mode de charge et d’alimentation simultanée dans lequel la tension d’alimentation externe est transformée en la tension de batterie BAT et en la tension d’alimentation interne simultanément. Dans ce cas, le moyen de pilotage 2 transmet des ordres de commande aux composants 3, 6, 4 et 10, de manière à ce que l’alimentation externe (ici le secteur) alimente en même temps les consommateurs électriques CONSO1, CONSO2, …, CONSOn du véhicule et la batterie BAT, via le transformateur commun 3.
En plus des composants compris entre le transformateur 3 et la batterie, le dispositif électrique comprend en outre un microprocesseur 13 et des moyens de refroidissement 14 communs aux deux circuits 11 de charge de la batterie et 12 d’alimentation des consommateurs électriques CONSO1, CONSO2, …, CONSOn.
Dans une variante de réalisation, le dispositive électrique comprend un premier et un deuxième circuit de conversion de courant, agencés pour raccorder ladite batterie du véhicule présentant la tension de batterie respectivement à des premiers consommateurs électriques CONSO1, CONSO2, …, CONSOn montés sur ledit véhicule, présentant une première tension d’alimentation interne, par exemple 12V, et à des deuxièmes consommateurs électriques CONSO1, CONSO2, …, CONSOn montés sur ledit véhicule, présentant une deuxième tension d’alimentation interne différente de la première tension d’alimentation interne, par exemple 48V.
La figure 2 représente un exemple de schema électrique du dispositif électrique multifunction dans le cas d’une alimentation externe monophasée, connecté à une alimentation électrique V3. Le dispositif électrique multifonction comprend un composant d’entrée 6 intégrant un convertisseur AC/DC et un circuit PFC, un convertisseur DC/AC 7, un transformateur 3, un convertisseur DC/AC 10, un convertisseur 4 à diodes configurable en redresseur (ou convertisseur AC/DC) sous la forme d’un pont de diodes, en mode de recharge de batterie, et en onduleur (ou convertisseur DC/AC), en mode d’alimentation électrique des consommateurs électriques, sur commande d’un moyen de pilotage (non représenté), et un filtre 5 pour adapter la tension issue du composant 4 à la tension de batterie.
La figure 3 représente un exemple de schema électrique du dispositive électrique multifunction dans le cas d’une alimentation externe triphasée. Le dispositif électrique multifonction comprend un composant d’entrée 6 intégrant un convertisseur AC/DC et un circuit PFC, un convertisseur DC/AC 7, un transformateur 3, un convertisseur DC/AC 10, un convertisseur 4 à diodes configurable en redresseur (ou convertisseur AC/DC) sous la forme d’un pont de diodes, en mode de recharge de batterie, et en onduleur (ou convertisseur DC/AC), en mode d’alimentation électrique des consommateurs électriques, sur commande d’un moyen de pilotage (non représenté), et un filtre 5 pour adapter la tension issue du composant 4 à la tension de batterie
Dans un second aspect, l'invention porte également sur un véhicule, en particulier un véhicule automobile électrique ou hybride, intégrant un dispositif électrique multifonction selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits dans le présent exposé ou selon une quelconque combinaison possible de ces modes de réalisation.
Bien que les objets de la présente invention aient été décrits en référence à des exemples spécifiques, diverses modifications et/ou améliorations évidentes pourraient être apportées aux modes de réalisation décrits sans s’écarter de l’esprit et de l’étendue de l’invention.

Claims (8)

  1. Dispositif électrique multifonction (1) pour un véhicule automobile électrique ou hybride comprenant :
    - un circuit de charge de batterie électrique (11) agencé pour raccorder une alimentation externe au véhicule en courant alternatif présentant une tension d’alimentation externe à une batterie du véhicule présentant une tension de batterie, au moins un circuit de conversion de courant (12) agencé pour raccorder ladite batterie du véhicule présentant la tension de batterie à des consommateurs électriques (CONSO1, CONSO2, …, CONSOn) montés sur ledit véhicule, présentant une tension d’alimentation interne au véhicule,
    - un moyen de pilotage (2) agencé pour piloter ledit dispositif selon au moins un mode de recharge externe de la batterie et un mode d’alimentation interne des consommateurs électriques,
    dans lequel
    - le circuit de charge de batterie (11) et le au moins un circuit de conversion de courant (12) partagent un transformateur commun réversible (3) agencé pour être commuté par le moyen de pilotage (2) de sorte à transformer la tension d’alimentation externe en la tension de batterie dans le mode de recharge de la batterie et à transformer la tension de batterie en la tension d’alimentation interne en mode d’alimentation des consommateurs électriques, caractérisé en ce que le circuit de charge de batterie (11) comporte un composant d’entrée (6) intégrant un convertisseur AC/DC et un circuit PFC (7) de correction de facteur de puissance de type élévateur abaisseur.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit PFC est agencé pour maintenir une tension en sortie du composant d’entrée (6) inférieure à 330V.
  3. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit PFC est agencé pour maintenir une tension en sortie du composant d’entrée (6) supérieure à 150V.
  4. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de pilotage (2) comprend un mode de recharge interne de la batterie dans lequel la tension d’alimentation interne est transformée en la tension de batterie.
  5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de pilotage (2) comprend un mode de charge et d’alimentation simultanée dans lequel la tension d’alimentation externe est transformée en la tension de batterie et en la tension d’alimentation interne simultanément.
  6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le transformateur commun réversible (3) comprend un premier enroulement basse tension agencé pour être raccordé à l’alimentation externe, un second enroulement basse tension raccordé à la batterie et au moins un enroulement très basse tension raccordé à l’au moins un circuit de conversion de courant.
  7. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un premier et un deuxième circuit de conversion de courant, agencés pour raccorder ladite batterie du véhicule présentant la tension de batterie respectivement à des premiers consommateurs électriques montés sur ledit véhicule, présentant une première tension d’alimentation interne, et à des deuxièmes consommateurs électriques montés sur ledit véhicule, présentant une deuxième tension d’alimentation interne différente de la première tension d’alimentation interne.
  8. Véhicule automobile comprenant un dispositif électrique multifonction (1) selon l’une des revendications 1 à 7.
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