FR3126269A1 - Procede de pilotage d’une tension de sortie continue d’un organe de conversion et de charge d’un courant electrique - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé, mis en œuvre dans un organe de conversion et de charge d’un courant électrique installé dans un véhicule électrique ou hybride ou à pile à combustible, de pilotage d’une tension de sortie continue dudit organe, ledit organe étant configuré pour piloter la charge et la décharge d’une batterie de traction du véhicule, le procédé comprenant une étape (12) de conversion d’un premier courant continu en un second courant continu, ladite étape (12) comprenant une première phase (14) au cours de laquelle ledit organe fixe la tension de sortie sur une première valeur de tension prédéfinie, et une seconde phase (16) au cours de laquelle ledit organe fixe la tension de sortie sur une seconde valeur de tension prédéfinie, la première valeur de tension prédéfinie étant inférieure à la seconde valeur de tension prédéfinie et étant supérieure à une valeur de tension nominale d’une batterie auxiliaire. Fig. 1
Description
L’invention se rapporte à un procédé, mis en œuvre dans un organe de conversion et de charge d’un courant électrique installé dans un véhicule électrique ou hybride ou à pile à combustible, de pilotage d’une tension de sortie continue de cet organe. Le véhicule comprend une batterie de traction électrique reliée à une machine électrique d’un groupe motopropulseur électrique de traction du véhicule et une batterie auxiliaire d’alimentation électrique destinée à alimenter un réseau de bord électrique du véhicule. Sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention, la batterie électrique de traction est typiquement une batterie lithium-ion.
Il est connu, afin de piloter la charge et la décharge électrique d’une batterie de traction électrique d’un véhicule électrique ou hybride ou à pile à combustible, d’utiliser un organe de conversion de courant électrique et de charge d’un courant électrique (un tel organe étant appelé OBCDC en anglais pour « On-Board Charger Direct Current »). La batterie de traction électrique est reliée à une machine électrique d’un groupe motopropulseur électrique de traction du véhicule. L’organe OBCDC est relié à la batterie de traction électrique, à une batterie auxiliaire d’alimentation électrique installée au sein du véhicule et à un réseau de bord électrique du véhicule. La batterie auxiliaire est destinée à alimenter un réseau de bord électrique du véhicule. La batterie de traction électrique présente par exemple une tension nominale sensiblement égale à 450 V quand elle est pleinement chargée, et la batterie auxiliaire présente par exemple une tension nominale de l’ordre de 13 V quand elle est pleinement chargée, plus précisément une tension nominale comprise entre 12,6 V et 13 V.
L’organe OBCDC se compose généralement de deux parties : une première partie qui est un chargeur de courant électrique du véhicule, et qui gère la communication avec différentes bornes de recharge électrique extérieures et surveille et pilote la recharge électrique du véhicule ; et une seconde partie qui est un convertisseur de courant électrique. Ce convertisseur de courant électrique est configuré pour convertir aussi bien du courant électrique alternatif en courant électrique continu, que du courant électrique continu en courant électrique continu (avec des tensions différentes entre les deux courants continus). Typiquement, quel que soit le mode de fonctionnement du véhicule (que celui-ci soit à l’arrêt ou en mode roulage), cette seconde partie de l’organe OBCDC convertit une partie du courant électrique continu délivré par la batterie de traction du véhicule en courant électrique continu présentant une tension nominale sensiblement égale à 13,8 V (ou à 24 V ou 48 V selon les modèles de véhicules), afin d’alimenter le réseau de bord électrique du véhicule, et de recharger la batterie auxiliaire d’alimentation électrique.
Plus précisément, lorsque l’organe OBCDC est actif et opère dans ce mode de conversion d’un premier courant continu en un second courant continu, l’organe OBCDC fournit le second courant électrique continu à la batterie auxiliaire afin que cette dernière se recharge. En effet, si des dispositifs électriques ou électroniques du véhicule (tels que par exemple un système de direction assistée configuré pour aider le véhicule à éviter des obstacles) font des appels de courant important sur le réseau de bord, c’est la réserve de courant de la batterie auxiliaire qui fournit le courant demandé. L’organe OBCDC fournit quant à lui un niveau de courant continu constant à la batterie auxiliaire, car il n’est pas assez réactif pour pourvoir aussi rapidement à la demande des dispositifs consommateurs de courant du réseau de bord électrique. Après que la batterie auxiliaire a fourni ce courant aux dispositifs consommateurs, la batterie auxiliaire se recharge au moyen du courant fourni par l’organe OBCDC. On dit alors que l’organe OBCDC soutient la tension électrique du réseau de bord du véhicule et que la batterie auxiliaire joue un rôle « tampon ».
Toutefois, lorsque le véhicule est à l’arrêt et en mode « recharge » de sa batterie de traction électrique (via une source de courant électrique extérieure), les dispositifs consommateurs de courant électrique sur le réseau de bord électrique du véhicule sont moins nombreux. L’essentiel du courant électrique continu délivré par la batterie de traction et converti par l’organe OBCDC est alors utilisé pour recharger complètement la batterie auxiliaire. Or, ce courant électrique tiré de la batterie de traction électrique par l’organe OCBDC pour recharger la batterie auxiliaire ralentit de fait la recharge électrique de la batterie de traction. Ce fonctionnement est donc préjudiciable à la vitesse de recharge électrique de la batterie de traction.
Il existe donc un besoin de pouvoir recharger plus rapidement la batterie de traction électrique du véhicule lors du mode « recharge » du véhicule, sans forcément atteindre une recharge complète de la batterie auxiliaire.
Le but de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un procédé, mis en œuvre dans un organe de conversion et de charge d’un courant électrique installé dans un véhicule électrique ou hybride ou à pile à combustible, de pilotage d’une tension de sortie continue de cet organe, qui soit simple et fiable et qui permette de réduire le temps de recharge de la batterie de traction électrique lors du mode « recharge » du véhicule.
Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un procédé, mis en œuvre dans un organe de conversion et de charge d’un courant électrique installé dans un véhicule électrique ou hybride ou à pile à combustible, de pilotage d’une tension de sortie continue dudit organe, le véhicule comprenant une batterie de traction électrique reliée à une machine électrique d’un groupe motopropulseur électrique de traction du véhicule et une batterie auxiliaire d’alimentation électrique destinée à alimenter un réseau de bord électrique du véhicule, l’organe de conversion de courant électrique et de charge d’un courant électrique étant relié à la batterie de traction électrique, à la batterie auxiliaire d’alimentation électrique et à un réseau de bord électrique du véhicule, et étant configuré pour piloter la charge électrique de la batterie de traction électrique selon un premier mode de fonctionnement, et pour piloter la décharge électrique de la batterie de traction électrique selon un second mode de fonctionnement, le procédé comprenant une étape de conversion d’un premier courant électrique continu issu de la batterie de traction électrique et présentant une première tension en un second courant électrique continu transmis à la batterie auxiliaire et au réseau de bord électrique du véhicule, et présentant ladite tension de sortie, ladite tension de sortie étant inférieure à la première tension. Selon l’invention, l’étape de conversion comprend une première phase au cours de laquelle ledit organe est dans son premier mode de fonctionnement et fixe la tension de sortie sur une première valeur de tension continue prédéfinie, pour la charge électrique de la batterie auxiliaire, et une seconde phase au cours de laquelle ledit organe est dans son second mode de fonctionnement et fixe la tension de sortie sur une seconde valeur de tension continue prédéfinie, pour la charge électrique de la batterie auxiliaire, la première valeur de tension continue prédéfinie étant inférieure à la seconde valeur de tension continue prédéfinie et étant supérieure à une valeur de tension nominale de la batterie auxiliaire.
Grâce au fait que deux valeurs de tension continue distinctes sont définies pour la tension de sortie de l’organe de conversion et de charge d’un courant électrique, en fonction du mode fonctionnement de cet organe (mode « pilotage de la charge de la batterie de traction » et mode « pilotage de la décharge de la batterie de traction »), le temps de recharge de la batterie de traction électrique lors du mode « recharge » du véhicule est avantageusement réduit. Ceci permet de rendre le véhicule opérationnel et disponible plus rapidement pour son utilisateur, une fois la recharge de la batterie de traction achevée. En effet, dans le premier mode de fonctionnement de l’organe OBCDC, correspondant au mode « recharge » du véhicule, la tension de sortie de l’organe OBCDC est fixée sur une première valeur de tension prédéfinie. Cette première valeur de tension prédéfinie est inférieure à la seconde valeur de tension continue prédéfinie tout en étant supérieure à la valeur de tension nominale de la batterie auxiliaire, ce qui permet à la tension de sortie de l’organe OBCDC de se placer au plus près la valeur de tension nominale de la batterie auxiliaire dans son premier mode de fonctionnement (tout en étant supérieure à cette valeur de tension), permettant ainsi une recharge limitée de la batterie auxiliaire sans trop consommer d’énergie de la batterie de traction électrique, et donc en optimisant au maximum le temps de recharge de cette dernière. Dans le premier mode de fonctionnement de l’organe OBCDC (et dans la première phase du procédé), correspondant au mode « recharge » du véhicule, le temps de recharge de la batterie de traction est ainsi privilégié par rapport à la recharge complète de la batterie auxiliaire. Dans le second mode de fonctionnement de l’organe OBCDC (et dans la seconde phase du procédé), correspondant au mode « décharge » de la batterie de traction du véhicule, la batterie auxiliaire est rechargée plus rapidement que dans le premier mode de fonctionnement, du fait de l’écart de tensions plus important entre la tension de sortie de l’organe OBCDC et la tension nominale de la batterie auxiliaire. Dans ce second mode de fonctionnement, les dispositifs consommateurs de courant électrique sur le réseau de bord électrique du véhicule sont en effet plus nombreux, ce qui nécessite de prévoir une recharge de la batterie auxiliaire plus rapide et complète.
Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, la première valeur de tension continue prédéfinie est supérieure à 13,2 V, de préférence sensiblement égale à 13,4 V, la valeur de tension nominale de la batterie auxiliaire étant sensiblement égale à 13 V. Selon d’autres variantes de l’invention, la première valeur de tension continue prédéfinie est supérieure à 24 V ou à 48 V (selon les modèles de véhicules), cette valeur de 24 V ou de 48 V correspondant à la tension du réseau de bord électrique pour de tels modèles de véhicules.
Selon une autre caractéristique technique particulière de l’invention, la seconde valeur de tension continue prédéfinie est inférieure à 14 V, de préférence sensiblement égale à 13,8 V. De préférence cette seconde valeur de tension continue prédéfinie est choisie pour être inférieure à la tension électrique de claquage des composants électriques (dont les lampes de phares) reliés au réseau de bord électrique du véhicule. Cette tension électrique de claquage est typiquement de l’ordre de 14 V. Ceci permet d’éviter d’endommager ces composants lorsque l’organe OBCDC est actif et met en œuvre l’étape de conversion d’un premier courant continu en un second courant continu.
De préférence, la première phase de l’étape de conversion correspond à une phase d’arrêt du véhicule, au cours de laquelle la batterie de traction électrique est chargée via une source de courant électrique extérieure, et la seconde phase de l’étape de conversion correspond à une phase de roulage du véhicule, au cours de laquelle la batterie de traction électrique se décharge.
On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, des formes d’exécution de la présente invention, en référence à la figure annexée unique qui est un organigramme représentant un procédé de pilotage d’une tension de sortie continue d’un organe de conversion et de charge d’un courant électrique d’un véhicule selon la présente invention.
En se référant à la la présente invention concerne un procédé, mis en œuvre dans un organe de conversion et de charge d’un courant électrique installé dans un véhicule électrique ou hybride ou à pile à combustible, de pilotage d’une tension de sortie continue de cet organe (ces éléments n’étant pas représentés sur les figures pour des raisons de clarté). L’organe de conversion et de charge d’un courant électrique est appelé OBCDC en anglais pour « On-Board Charger Direct Current ». Le véhicule comprend une batterie de traction électrique reliée à une machine électrique d’un groupe motopropulseur électrique de traction du véhicule et une batterie auxiliaire d’alimentation électrique destinée à alimenter un réseau de bord électrique du véhicule. Sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention, la batterie électrique de traction est typiquement une batterie lithium-ion. La tension nominale de la batterie de traction dépend de son état de chargement. Sa tension nominale peut en effet varier de 350 V environ quand l’état de charge de cette batterie de traction est inférieur à 5% ; à 450 V environ quand l’état de charge de cette batterie de traction est à 100% de charge. La valeur de tension nominale de la batterie auxiliaire est par exemple sensiblement égale à 13 V. En effet, quand la batterie auxiliaire est pleinement chargée, sa tension est souvent comprise entre 12,6 V et 13 V. Mais quand la batterie auxiliaire se décharge sa tension peut chuter sous les 12 V. Si la tension de la batterie est comprise entre 12 V et 12,3 V, alors la batterie auxiliaire doit être rechargée ; si elle est supérieure à 13 V elle est en surcharge ; et si elle est inférieure à 12 V cela veut dire que la batterie auxiliaire est déchargée ou en fin de vie.
Lorsque le véhicule est un véhicule hybride, ce dernier est typiquement un véhicule hybride rechargeable du type PHEV (de l’anglais « Plug-in Hybrid Electric Vehicle »). Dans un tel véhicule hybride rechargeable PHEV, le moteur thermique et la machine électrique sont tous les deux reliés aux moyens de traction du véhicule et agissent de concert pour faire se déplacer ce dernier.
L’organe OBCDC est relié à la batterie de traction électrique, à la batterie auxiliaire d’alimentation électrique et au réseau de bord électrique du véhicule. L’organe OBCDC se compose généralement de deux parties : une première partie qui est un chargeur de courant électrique du véhicule, et qui gère la communication avec différentes bornes de recharge électrique extérieures et surveille et pilote la recharge électrique du véhicule ; et une seconde partie qui est un convertisseur de courant électrique. Ce convertisseur de courant électrique est configuré pour convertir aussi bien du courant électrique alternatif en courant électrique continu, que du courant électrique continu en courant électrique continu (avec des tensions différentes entre les deux courants continus). Typiquement, quel que soit le mode de fonctionnement du véhicule (que celui-ci soit à l’arrêt ou en mode roulage), cette seconde partie de l’organe OBCDC convertit une partie d’un premier courant électrique continu délivré par la batterie de traction du véhicule et présentant une première tension en un second courant électrique continu destiné à la batterie auxiliaire et présentant une seconde tension, afin d’alimenter le réseau de bord électrique du véhicule et de recharger la batterie auxiliaire d’alimentation électrique. La seconde tension correspond à la tension de sortie continue de l’organe OBCDC, et est inférieure à la première tension.
L’organe OBCDC est configuré pour piloter la charge électrique de la batterie de traction électrique selon un premier mode de fonctionnement, et pour piloter la décharge électrique de la batterie de traction électrique selon un second mode de fonctionnement.
Initialement, et comme matérialisé par l’étape 10, le véhicule est à l’arrêt et un utilisateur du véhicule relie la batterie de traction électrique (via une prise équipant la voiture et connectée à cette batterie de traction) à une source de courant électrique extérieure, telle que par exemple une borne de recharge électrique extérieure.
Le procédé comporte une étape 12 au cours de laquelle l’organe OBCDC convertit le premier courant électrique continu issu de la batterie de traction électrique en le second courant électrique continu transmis à la batterie auxiliaire et au réseau de bord électrique du véhicule.
L’étape 12 comprend une première phase 14 au cours de laquelle l’organe OBCDC est dans son premier mode de fonctionnement et fixe la tension de sortie sur une première valeur de tension continue prédéfinie, pour la charge électrique de la batterie auxiliaire. La première valeur de tension continue prédéfinie est supérieure à la valeur de tension nominale de la batterie auxiliaire. De cette manière, le courant électrique circule bien de l’organe OBCDC vers la batterie auxiliaire. Ceci permet de garantir que lorsque l’organe OBCDC met en œuvre l’étape de conversion 12, la batterie auxiliaire est bien en mode « charge » et non en mode « décharge ». Par exemple, mais sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention, la première valeur de tension continue prédéfinie est supérieure à 13,2 V, de préférence sensiblement égale à 13,4 V +/- 0,2 V. Selon d’autres variantes de l’invention, la première valeur de tension continue prédéfinie est supérieure à 24 V ou à 48 V (selon les modèles de véhicules), cette valeur de 24 V ou de 48 V correspondant à la tension du réseau de bord électrique pour de tels modèles de véhicules.
La première phase 14 correspond typiquement à une phase d’arrêt du véhicule, au cours de laquelle la batterie de traction électrique est chargée via la source de courant électrique extérieure.
L’étape 12 comprend une seconde phase 14 au cours de laquelle l’organe OBCDC est dans son second mode de fonctionnement et fixe la tension de sortie sur une seconde valeur de tension continue prédéfinie, pour la charge électrique de la batterie auxiliaire. La seconde valeur de tension continue prédéfinie est supérieure à la première valeur de tension continue prédéfinie. De préférence cette seconde valeur de tension continue prédéfinie est choisie en outre pour être inférieure à la tension électrique de claquage des composants électriques (dont les lampes de phares) reliés au réseau de bord électrique du véhicule. Par exemple, et sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention, cette tension électrique de claquage est typiquement de l’ordre de 14 V. Ceci permet d’éviter d’endommager ces composants lorsque l’organe OBCDC est actif et met en œuvre l’étape de conversion 12. Par exemple, mais sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention, la seconde valeur de tension continue prédéfinie est inférieure à 14 V, de préférence sensiblement égale à 13,8 V +/- 0,2 V. La seconde phase 16 correspond typiquement à une phase de roulage du véhicule, au cours de laquelle la batterie de traction électrique se décharge.
Bien que la première phase 14 ait été décrite comme étant effectuée avant la seconde phase 16, les première et seconde phases 14, 16 de l’étape 12 peuvent en variante être effectuées dans l’ordre inverse. Bien entendu, les première et seconde phases 14, 16 décrites ci-dessus sont réeffectuées autant que de besoin.
Le procédé de pilotage d’une tension de sortie continue selon l’invention est un procédé simple à mettre en œuvre et fiable, et qui permet de réduire le temps de recharge de la batterie de traction électrique lors du mode « recharge » du véhicule.
Claims (4)
- Procédé, mis en œuvre dans un organe de conversion et de charge d’un courant électrique installé dans un véhicule électrique ou hybride ou à pile à combustible, de pilotage d’une tension de sortie continue dudit organe, le véhicule comprenant une batterie de traction électrique reliée à une machine électrique d’un groupe motopropulseur électrique de traction du véhicule et une batterie auxiliaire d’alimentation électrique destinée à alimenter un réseau de bord électrique du véhicule, l’organe de conversion de courant électrique et de charge d’un courant électrique étant relié à la batterie de traction électrique, à la batterie auxiliaire d’alimentation électrique et à un réseau de bord électrique du véhicule, et étant configuré pour piloter la charge électrique de la batterie de traction électrique selon un premier mode de fonctionnement, et pour piloter la décharge électrique de la batterie de traction électrique selon un second mode de fonctionnement, le procédé comprenant une étape (12) de conversion d’un premier courant électrique continu issu de la batterie de traction électrique et présentant une première tension en un second courant électrique continu transmis à la batterie auxiliaire et à un réseau de bord électrique du véhicule, et présentant ladite tension de sortie, ladite tension de sortie étant inférieure à la première tension, caractérisé en ce que l’étape de conversion (12) comprend une première phase (14) au cours de laquelle ledit organe est dans son premier mode de fonctionnement et fixe la tension de sortie sur une première valeur de tension continue prédéfinie, pour la charge électrique de la batterie auxiliaire, et une seconde phase (16) au cours de laquelle ledit organe est dans son second mode de fonctionnement et fixe la tension de sortie sur une seconde valeur de tension continue prédéfinie, pour la charge électrique de la batterie auxiliaire, la première valeur de tension continue prédéfinie étant inférieure à la seconde valeur de tension continue prédéfinie et étant supérieure à une valeur de tension nominale de la batterie auxiliaire.
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première valeur de tension continue prédéfinie est supérieure à 13,2 V, de préférence sensiblement égale à 13,4 V, la valeur de tension nominale de la batterie auxiliaire étant sensiblement égale à 13 V.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde valeur de tension continue prédéfinie est inférieure à 14 V, de préférence sensiblement égale à 13,8 V.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première phase (14) de l’étape de conversion (12) correspond à une phase d’arrêt du véhicule, au cours de laquelle la batterie de traction électrique est chargée via une source de courant électrique extérieure, et en ce que la seconde phase (16) de l’étape de conversion (12) correspond à une phase de roulage du véhicule, au cours de laquelle la batterie de traction électrique se décharge.
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