FR3127728A1 - Système électrique pour véhicule automobile - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un système électrique pour véhicule automobile, le véhicule comprenant au moins une batterie (10) d’alimentation, le système électrique comprenant un chargeur électrique (20), destiné à être connecté d’une part ladite à batterie (10) et d’autre part à un réseau électrique (60) externe au véhicule fournissant une tension alternative ou à des équipements électriques (50), et un microcontrôleur (40), le chargeur (20) étant apte à charger la batterie (10) à partir d’un réseau électrique (60) externe ou à permettre à la batterie (10) d’alimenter lesdits équipements (50), le chargeur (20) comprenant un convertisseur (22) de tension continu-continu apte à fonctionner selon un premier mode de fonctionnement et un deuxième mode de fonctionnement, le microcontrôleur (40) est remarquable en ce qu’il est configuré pour commander l’activation du premier mode de fonctionnement et commander l’activation du deuxième mode de fonctionnement. Figure pour l’abrégé : Fig 1

Description

Système électrique pour véhicule automobile
L’invention concerne le domaine des véhicules électriques ou hybrides et plus précisément des systèmes électriques pour véhicule électriques ou hybrides, comprenant un chargeur embarqué et un microcontrôleur, et le procédé mis en œuvre par ledit système électrique.
De manière connue un véhicule électrique ou hybride comprend une batterie apte à alimenter en énergie électrique des équipements électriques montés ou non dans le véhicule et la machine électrique du véhicule. La tension aux bornes de la batterie est par exemple définie aux environs de 200 ou de 400 volts.
Le véhicule comprend également un chargeur embarqué, plus connu sous l’appellation OBC pour « On Board Charger » en langue anglaise. Le chargeur embarqué est connecté d’une part à la batterie et d’autre part à un équipement externe au véhicule ou à un réseau d’alimentation électrique.
Lorsque le chargeur embarqué est relié électriquement à un équipement tel qu’une glacière ou une perceuse, on dit que le chargeur embarqué fonctionne selon le mode appelé « V2L » par l’homme du métier, pour « Vehicle-to-Load » en langue anglaise, dans lequel le chargeur embarqué convertit la tension continue fournie par la batterie en une tension alternative afin d’alimenter différents équipements électriques du véhicule. Par ailleurs, lorsque le chargeur embarqué est connecté à un réseau d’alimentation électrique, le chargeur embarqué fonctionne selon un mode « V2G » par l’homme du métier, pour « Vehicle-to-Grid » en langue anglaise, dans lequel le chargeur embarqué convertit la tension alternative fournie par le réseau d’alimentation en tension continue afin de recharger la batterie.
Un chargeur embarqué comprend notamment un circuit correcteur de facteur de puissance, connu sous l’appellation « PFC » pour « Power Factor Corrector » en langue anglaise, un convertisseur de courant continu-continu, une capacité de lissage connectée électriquement en parallèle entre le circuit correcteur de facteur de puissance et le convertisseur de courant et un microcontrôleur apte à commander le circuit correcteur de facteur de puissance.
Plus précisément, lorsque le chargeur embarqué fonctionne selon le mode V2L, le convertisseur de courant continu-continu est apte à convertir la tension continue fournie par la batterie en une autre valeur de tension continue, comprise entre 200 et 400 V environ. La capacité de lissage permet de supprimer les oscillations résiduelles de la tension continue fournie par le convertisseur de courant continu-continu. Enfin le correcteur de facteur de puissance est l’élément du chargeur embarqué apte à convertir la tension continue lissée en une tension alternative apte à alimenter l’équipement connecté au chargeur embarqué.
Le microcontrôleur est notamment apte à commander le circuit correcteur de facteur de puissance afin de définir la valeur de la tension continue fournie par le facteur de puissance entre 400 et 800 V en fonction de l’état de charge de la batterie.
Les différents composants électroniques du circuit correcteur de facteur de puissance et du convertisseur de courant continu-continu et la capacité de lissage doivent être adaptés pour supporter des tensions allant jusqu’à 800 V, pour ne pas être détériorés.
Cependant, lorsque le chargeur embarqué fonctionne selon le mode V2L et qu’une puissance élevée est requise instantanément au chargeur embarqué afin d’alimenter un équipement, cela provoque des fluctuations de tensions et d’intensité dans le chargeur embarqué, pouvant notamment créer des instabilités de courant dans le chargeur embarqué, et notamment des microcoupures de courant.
Une solution est donc nécessaire afin de pallier au moins en partie, ces inconvénients.
A cette fin, l’invention concerne un système électrique pour véhicule automobile, le véhicule comprenant au moins une batterie d’alimentation, le système électrique comprenant un chargeur électrique, destiné à être connecté d’une part ladite à batterie et d’autre part à un réseau électrique externe au véhicule fournissant une tension alternative ou à des équipements électriques, et un microcontrôleur, le chargeur étant apte à charger la batterie à partir d’un réseau électrique externe ou à permettre à la batterie d’alimenter lesdits équipements, le chargeur comprenant un convertisseur de tension continu-continu, connecté d’une part à la batterie et apte à convertir une tension continue en une autre tension continue, ledit convertisseur de tension continu-continu comprenant un premier pont en H, et un deuxième pont en H, chaque pont en H comprenant quatre interrupteurs, un premier interrupteur étant connecté entre un point haut et un point milieu, un deuxième interrupteur étant relié entre le point milieu et un point bas, un troisième interrupteur étant relié entre le point haut et un deuxième point milieu et un quatrième interrupteur étant relié entre le deuxième point milieu et le point bas, le convertisseur de tension comprenant également un transformateur connectant électriquement le premier pont en H et le deuxième pont en H, chaque pont en H étant apte à fonctionner selon :
  1. un premier mode de fonctionnement dans lequel le premier interrupteur et le quatrième interrupteur sont ouverts et fermés simultanément, le deuxième interrupteur et le troisième interrupteur sont ouverts et fermés simultanément à l’inverse du premier interrupteur et du quatrième interrupteur,
  2. un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le quatrième interrupteur est toujours fermé, le troisième interrupteur est toujours ouvert, et le premier interrupteur et le deuxième interrupteur sont ouverts et fermés alternativement,
le microcontrôleur est configuré pour recevoir la valeur du courant aux bornes de la batterie et comprend une zone mémoire dans laquelle est enregistrée une table de correspondance représentant le courant aux bornes de la batterie en fonction de la tension aux bornes de la batterie et comprenant une zone intermédiaire, définissant l’ensemble des combinaisons d’une valeur de tension aux bornes de la batterie et d’une valeur de courant aux bornes de la batterie, associées au premier mode de fonctionnement ou au deuxième mode de fonctionnement, ladite table de correspondance comprenant une pluralité de seuils :
a. un premier seuil définissant la condition de passage du deuxième mode de fonctionnement vers le deuxième mode de fonctionnement pour la variation de courant reçue et filtrée,
b. un deuxième seuil définissant la condition de passage du deuxième mode de fonctionnement vers le premier mode de fonctionnement pour la variation de courant reçue,
c. et un troisième seuil définissant la condition de passage du premier mode de fonctionnement vers le deuxième mode de fonctionnement,
le microcontrôleur est remarquable en ce qu’il est configuré pour :
1. filtrer la variation du courant reçue,
2. lorsque le convertisseur fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement, commander l’activation du premier mode de fonctionnement si :
  1. au moins une valeur de la variation du courant reçue filtrée est supérieure au premier seuil, ou
  2. au moins une valeur de la variation du courant reçue est supérieure au deuxième seuil,
3. lorsque le convertisseur fonctionne selon le premier mode de fonctionnement : commander l’activation du deuxième mode de fonctionnement si la valeur du courant reçue est inférieure au troisième seuil.
Le système électrique n'autorise le passage du premier mode de fonctionnement au deuxième mode de fonctionnement ou inversement que si ce passage est réellement nécessaire : soit en cas de fort appel de puissance, soit en cas d'un appel de puissance limité mais sur un laps de temps significativement important. Autrement dit, le système électrique permet d’éviter le passage d’un mode à un autre au moindre appel en courant dû à la connexion d’un équipement à alimenter au chargeur. De plus, le système électrique permet de ne pas changer de mode lorsqu’un appel en courant est induit par une instabilité de régulation.
De préférence, le deuxième seuil est supérieur au premier seuil.
De préférence, le chargeur du système électrique comprend un circuit correcteur de facteur de puissance, apte à convertir une tension alternative en une tension continue, ledit circuit correcteur étant connecté électriquement au convertisseur et apte à être connecté d’autre part à un réseau électrique externe au véhicule fournissant une tension alternative ou à des équipements électriques.
De préférence encore, le chargeur embarqué comprend une capacité de liaison connectée entre le circuit correcteur de facteur de puissance et le convertisseur de tension continu-continu, apte à atténuer les oscillations résiduelles de la tension fournie entre le circuit correcteur de facteur de puissance et le convertisseur de tension continu-continu.
De préférence encore, le convertisseur comprend :
a. un transformateur comprenant un enroulement primaire et un enroulement secondaire, chaque enroulement comprenant une première borne et une deuxième borne,
b. un premier circuit résonant comprenant une capacité résonante et une bobine connectées en série, la capacité résonante du premier circuit résonant étant connectée électriquement au premier point milieu du premier pont, et la bobine du premier circuit résonant étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement primaire du transformateur,
c. un deuxième circuit résonant comprenant une capacité résonante et une bobine connectées en série, la capacité résonante du deuxième circuit résonant étant connectée électriquement au premier point milieu du deuxième pont, et la bobine du deuxième circuit résonant étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement secondaire du transformateur.
De préférence encore, le convertisseur comprend une bobine supplémentaire, connectée en parallèle de l’enroulement primaire du transformateur. Notamment, la bobine supplémentaire peut être interne ou externe au transformateur. Lorsque la bobine supplémentaire est externe au transformateur, le convertisseur correspond à un convertisseur de tension continu-continu résonant de type CLLLC.
De manière avantageuse, chaque interrupteur désigne un transistor MOSFET ou bipolaire.
L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant au moins une batterie et au moins un système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
L’invention concerne également un procédé d’activation et de désactivation du premier mode de fonctionnement et du deuxième mode de fonctionnement d’un système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de :
  1. filtrage de la variation du courant reçue,
  2. lorsque le convertisseur fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement, activation du premier mode de fonctionnement si :
    1. au moins une valeur de la variation du courant filtré est supérieure au premier seuil, ou
    2. au moins une valeur de la variation du courant reçue est supérieure au deuxième seuil,
  3. lorsque le convertisseur fonctionne selon le premier mode de fonctionnement : activation du deuxième mode de fonctionnement si la valeur du courant reçue est inférieure au troisième seuil.
L’invention concerne également un produit programme d’ordinateur remarquable en ce qu’il comporte un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre un procédé tel que présenté précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La illustre schématiquement le système électrique selon l’invention,
La représente le circuit électronique du convertisseur du chargeur du système électrique selon la ,
La représente la table de correspondance selon l’invention,
La représente un premier exemple de la variation du courant reçu par le microcontrôleur et la variation du courant reçue et filtrée par le microcontrôleur en fonction de la tension aux bornes de la batterie, et du premier et du deuxième seuil selon l’invention,
La représente un deuxième exemple de la variation du courant reçu par le microcontrôleur et la variation du courant reçue et filtrée par le microcontrôleur en fonction de la tension aux bornes de la batterie, et du premier et du deuxième seuil selon l’invention,
La illustre schématiquement le procédé selon l’invention.

Claims (10)

  1. Système électrique pour véhicule automobile, le véhicule comprenant au moins une batterie (10) d’alimentation, le système électrique comprenant un chargeur électrique (20), destiné à être connecté d’une part ladite à batterie (10) et d’autre part à un réseau électrique (60) externe au véhicule fournissant une tension alternative ou à des équipements électriques (50), et un microcontrôleur (40), le chargeur (20) étant apte à charger la batterie (10) à partir d’un réseau électrique (60) externe ou à permettre à la batterie (10) d’alimenter lesdits équipements (50), le chargeur (20) comprenant un convertisseur (22) de tension continu-continu, connecté d’une part à la batterie (10) et apte à convertir une tension continue en une autre tension continue, ledit convertisseur (2) de tension continu-continu comprenant un premier pont en H (H1), et un deuxième pont en H (H2), chaque pont en H comprenant quatre interrupteurs (T1, T2, T3, T4), un premier interrupteur (T1) étant connecté entre un point haut (PH) et un point milieu (PM1), un deuxième interrupteur (T2) étant relié entre le point milieu (PM1) et un point bas (PB), un troisième interrupteur (T3) étant relié entre le point haut (PH) et un deuxième point milieu (PM2) et un quatrième interrupteur (T4) étant relié entre le deuxième point milieu (PM2) et le point bas (PB), le convertisseur (22) de tension comprenant également un transformateur (Tr) connectant électriquement le premier pont en H (H1) et le deuxième pont en H (H2), chaque pont en H étant apte à fonctionner selon :
    1. un premier mode de fonctionnement (FB) dans lequel le premier interrupteur (T1) et le quatrième interrupteur (T4) sont ouverts et fermés simultanément, le deuxième interrupteur (T2) et le troisième interrupteur (T3) sont ouverts et fermés simultanément à l’inverse du premier interrupteur (T1) et du quatrième interrupteur (T4),
    2. un deuxième mode de fonctionnement (HB) dans lequel le quatrième interrupteur (T4) est toujours fermé, le troisième interrupteur (T3) est toujours ouvert, et le premier interrupteur (T1) et le deuxième interrupteur (T2) sont ouverts et fermés alternativement,
    le microcontrôleur (40) est configuré pour recevoir la valeur du courant aux bornes de la batterie (10), et comprend une zone mémoire dans laquelle est enregistrée une table de correspondance représentant le courant (Ibatt) aux bornes de la batterie (10) en fonction de la tension (Vbatt) aux bornes de la batterie (10) et comprenant une zone intermédiaire (Z3), définissant l’ensemble des combinaisons d’une valeur de tension (Vbatt) aux bornes de la batterie (10) et d’une valeur de courant (Ibatt) aux bornes de la batterie (10), associées au premier mode de fonctionnement ou au deuxième mode de fonctionnement, ladite table de correspondance comprenant une pluralité de seuils :
    a. un premier seuil (S1) définissant la condition de passage du deuxième mode de fonctionnement vers le deuxième mode de fonctionnement pour la variation de courant reçue et filtrée,
    b. un deuxième seuil (S2), définissant la condition de passage du deuxième mode de fonctionnement vers le premier mode de fonctionnement pour la variation de courant reçue,
    c un troisième seuil (S3) définissant la condition de passage du premier mode de fonctionnement vers le deuxième mode de fonctionnement,
    le microcontrôleur (40) est caractérisé en ce qu’il est configuré pour :
    1. filtrer la variation du courant (Ibatt) reçue,
    2. lorsque le convertisseur (22) fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement, commander l’activation du premier mode de fonctionnement si :
    1. au moins une valeur de la variation du courant filtré (Ibatt_F) est supérieure au premier seuil (S1), ou
    2. au moins une valeur de la variation du courant (Ibatt) reçue est supérieure au deuxième seuil (S2),
    3.lorsque le convertisseur (22) fonctionne selon le premier mode de fonctionnement : commander l’activation du deuxième mode de fonctionnement si la valeur du courant (Ibatt) reçue est inférieure au troisième seuil (S3).
  2. Système électrique selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième seuil (S2) est supérieur au premier seuil (S1).
  3. Système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le chargeur (20) comprend un circuit correcteur de facteur de puissance (21), apte à convertir une tension alternative en une tension continue, ledit circuit correcteur (21) étant connecté électriquement au convertisseur (22) et apte à être connecté d’autre part à un réseau électrique (60) externe au véhicule fournissant une tension alternative ou à des équipements électriques (50).
  4. Système électrique selon la revendication 3, dans lequel le chargeur embarqué (20) comprend une capacité de liaison (C20) connectée entre le circuit correcteur (21) de facteur de puissance et le convertisseur (22) de tension continu-continu, apte à atténuer les oscillations résiduelles de la tension fournie entre le circuit correcteur (21) de facteur de puissance et le convertisseur (22) de tension continu-continu.
  5. Système électrique selon la revendication précédente, dans lequel le convertisseur (22) comprend :
    1. un transformateur (Tr) comprenant un enroulement primaire et un enroulement secondaire, chaque enroulement comprenant une première borne et une deuxième borne,
    2. un premier circuit résonant (CR1) comprenant une capacité résonante (C1) et une bobine (L1) connectées en série, la capacité résonante (C1) du premier circuit résonant (CR1) étant connectée électriquement au premier point milieu (PM1 du premier pont (H1), et la bobine (L1) du premier circuit résonant (CR1) étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement primaire du transformateur (Tr),
    3. un deuxième circuit résonant (CR2) comprenant une capacité résonante (C2) et une bobine (L2) connectées en série, la capacité résonante (C2) du deuxième circuit résonant (CR2) étant connectée électriquement au premier point milieu (PM1) du deuxième pont (H2), et la bobine (L2) du deuxième circuit résonant (CR2) étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement secondaire du transformateur (Tr).
  6. Système électrique selon la revendication précédente dans lequel le convertisseur (22) comprend une bobine supplémentaire, connectée en parallèle de l’enroulement primaire du transformateur (Tr).
  7. Système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque interrupteur (T1, T2, T3, T4) désigne un transistor MOSFET ou bipolaire.
  8. Véhicule automobile comprenant au moins une batterie (10) et au moins un système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  9. Procédé d’activation et de désactivation du premier mode de fonctionnement et du deuxième mode de fonctionnement d’un système électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de :
    1. filtrage (E1) de la variation du courant reçue,
    2. lorsque le convertisseur (22) fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement, activation (E2, E2’) du premier mode de fonctionnement si :
      1. au moins une valeur de la variation du courant filtré (Ibatt_F) est supérieure au premier seuil (S1), ou
      2. au moins une valeur de la variation du courant reçue (Ibatt) est supérieure au deuxième seuil (S2),
    3. lorsque le convertisseur (22) fonctionne selon le premier mode de fonctionnement : activation (E3) du deuxième mode de fonctionnement si la valeur du courant reçue (Ibatt) est inférieure au troisième seuil (S3).
  10. Produit programme d’ordinateur caractérisé en ce qu’il comporte un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre un procédé selon la revendication précédente.
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