FR3135173A1 - Ensemble de recharge d’une batterie electrique de traction - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un ensemble de recharge (1) permettant d’établir plusieurs chemins d’amplification entre une station de recharge et une batterie électrique de traction (26). De manière astucieuse, l’ensemble de recharge (1) met en œuvre plusieurs dispositifs de couplage (11-16) qui comportent selon un mode de réalisation avantageux deux transistors (111A, 111B) montés en série et en opposition afin de parfaitement contrôler l’écoulement d’un courant électrique au travers dudit dispositif de couplage. L’ensemble de recharge (1) comporte ainsi, à minima, un premier dispositif de couplage (11) reliant une première ligne continue (DC+) fournie par la station de recharge à chacune des phases électriques (L1, L2, L3) fournies par ladite station de recharge, et un deuxième dispositif de recharge reliant une deuxième ligne continue (DC-) fournie par ladite station de recharge à un pole négatif (B-) de la batterie électrique de traction (26). Fig. 1
Description
Le contexte technique de la présente invention est celui des véhicules automobiles électrifiés et de leurs organes de recharge électrique. Plus particulièrement, l’invention a trait à un ensemble de recharge électrique pour de tels véhicules automobiles électrifiés.
De manière connue, les batteries électriques de traction des véhicules automobiles électrifiés ont besoin d’être régulièrement rechargées afin de disposer d’une énergie électrique suffisante pour alimenter une machine électrique générant un couple moteur sur un arbre de roues de tels véhicules automobiles. Bien entendu, il existe de nombreuses batteries électriques de traction, dont certaines sont rechargeables par l’intermédiaire d’une tension continu de 400 V et d’autres qui sont rechargeables par l’intermédiaire d’une tension continu de 800 V. De telles batteries électriques de traction sont aussi rechargeables au travers d’un réseau électrique alternatif, monophasé ou multi-phasé.
Du côté du véhicule automobile, il est nécessaire de disposer d’un ensemble de recharge suffisamment versatile pour pouvoir s’adapter aux différents types de stations de recharge ainsi qu’aux différents modes de recharge électrique. De tels ensembles de recharge permettent ainsi de relier, directement ou indirectement, la batterie électrique de traction à la station de recharge et d’organiser, si nécessaire, une transformation électrique de la tension fournie par la station de recharge.
A cet effet, on connait notamment le document US 11165349 B2 qui décrit un ensemble de recharge permettant d’établir un chemin d'amplification de tension pour augmenter la tension de charge fournie par la station de recharge à un niveau de tension natif nécessaire à la batterie électrique de traction. Le chemin d’amplification est défini en fonction du type de station de recharge et choisi parmi plusieurs chemins possibles reliant différents composants électriques de l’ensemble de recharge. A cet effet, le document US 11165349 B2 décrit l’utilisation de nombreux relais mécaniques, chacun permettant d’établir, par basculement d’un contacteur, un couplage électrique ou un découplage électrique.
Un inconvénient connu de l’utilisation de tels relais mécaniques réside dans le volume imposé par les éléments mécaniques qui le composent. Consécutivement, de tels relais mécaniques s’intègrent mal dans des véhicules automobiles électrifiés modernes et conduisent à impacter négativement la conception et le dimensionnement des autres organes situés à proximité de l’ensemble de recharge.
Un autre inconvénient connu est lié à la masse élevée de tels relais mécaniques, conduisant à une augmentation pénalisante de la masse des ensembles de recharge sur lesquels ils sont utilisés.
Un autre inconvénient connu est associé au coût élevé de tels relais mécaniques, en comparaison à d’autres technologies.
Enfin, un autre inconvénient réside dans le temps de réponse de tels relais mécaniques, insuffisant voire incompatibles avec les contraintes des véhicules automobiles électrifiés modernes.
La présente invention a pour objet de proposer un nouvel ensemble de recharge afin de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d’autres avantages.
Un autre but de l’invention est de permettre de définir plusieurs chemins de couplage de la batterie électrique de traction avec la station de recharge.
Un autre but de l’invention est d’améliorer la compacité, la masse et l’efficacité d’un tel ensemble de recharge.
Un autre but de l’invention est de réduire le temps de réponse d’un tel ensemble de recharge et d’améliorer ainsi la sécurité électrique du véhicule automobile électrifié sur lequel il est destiné à être embarqué.
Selon un premier aspect de l’invention, on atteint au moins l’un des objectifs précités avec un ensemble de recharge d’une batterie électrique de traction par une station de recharge, l’ensemble de recharge comportant (i) la batterie électrique de traction, (ii) un chargeur embarqué relié électriquement à la batterie électrique de traction, (iii) un dispositif de connexion électrique permettant de raccorder électriquement l’ensemble de recharge électrique à la station de recharge par l’intermédiaire d’au moins une phase électrique, (iv) un circuit de correction d’un facteur de puissance disposé électriquement dans une position intermédiaire entre le dispositif de connexion électrique et un convertisseur isolé du chargeur embarqué, chaque au moins une phase électrique étant reliée électriquement au circuit de correction du facteur de puissance, (v) au moins une ligne de dérivation reliant une ligne de recharge de la batterie électrique de traction en tension continue positive, dite première ligne continue, chaque au moins une ligne de dérivation comportant un premier dispositif de couplage configuré pour connecter ou déconnecter ladite au moins une ligne de dérivation à chaque au moins une phase électrique.
Dans l’ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention, le premier dispositif de couplage comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la première ligne continue à l’au moins une phase électrique correspondante, et l’ensemble de recharge comporte un deuxième dispositif de couplage configuré pour relier électriquement ou isoler électriquement une ligne de recharge de la batterie électrique de traction en tension continue de référence, dite deuxième ligne continue, à un pole négatif de la batterie électrique de traction.
Dans le contexte de l’invention, un véhicule automobile électrifié est du type d’un véhicule automobile électrique ou hybride. D’une manière générale, la chaîne de traction d’un tel véhicule automobile électrifié est mise en rotation par la machine électrique, alimentée électriquement par la batterie électrique de traction, afin de générer un couple moteur servant à la mise en mouvement du véhicule automobile. Complémentairement ou alternativement, la machine électrique est configurée pour récupérer une énergie mécanique sur la chaîne de traction et la convertir en énergie électrique en produisant ainsi un couple de freinage sur ladite chaîne de traction.
Dans le contexte de l’invention, le circuit de correction d’un facteur de puissance est configuré pour pouvoir modifier une phase et/ou une forme d’un courant alternatif et/ou d’une tension alternative transportée par chaque au moins une phase électrique, afin d’optimiser le fonctionnement de l’ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention et son couplage électrique à la station de recharge, lorsque la batterie électrique de traction est rechargée par l’intermédiaire d’un réseau électrique alternatif monophasé ou multi-phasé fourni par la station de recharge.
Dans le contexte de l’invention, la batterie électrique de traction est configurée pour fournir une énergie électrique à une machine électrique générant un couple moteur sur la chaîne de traction du véhicule automobile. A titre d’exemple non limitatif, la batterie électrique de traction est du type d’une batterie électrique haute tension permettant de générer une tension continue de 800V.
Dans le contexte de l’invention, le chargeur embarqué comporte notamment un convertisseur de tension alternative en une tension continue. En particulier, le chargeur embarqué est configuré notamment pour redresser une tension électrique alternative fournie par la station de recharge afin de recharger la batterie électrique de traction. Le chargeur embarqué permet ainsi de convertir un courant alternatif pouvant être fourni par la station de recharge en un courant continu qui permet, in fine, de recharger la batterie électrique de traction.
Le chargeur embarqué comporte aussi le convertisseur isolé qui est configuré pour transformer et/ou amplifier une tension continue entrante en une tension continue de sortie.
D’une manière générale, dans le contexte de la présente invention, le chargeur embarqué comporte le dispositif de connexion électrique, le circuit de correction du facteur de puissance, le convertisseur isolé, le filtre de tension alternative et le filtre de tension continue.
Ainsi, dans le contexte de la présente invention, l’ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention permet d’établir au moins :
– un premier chemin de couplage dans lequel la batterie électrique de traction est destinée à être chargée par la station de recharge délivrant un courant continu et une tension continue, le chargeur embarqué étant relié électriquement à la station de recharge par l’intermédiaire du dispositif de connexion électrique, et notamment au travers de la première ligne continue d’une ligne haute tension et de la deuxième ligne continue ;
– un deuxième chemin de couplage dans lequel la batterie électrique de traction est destinée à être chargée par la station de recharge délivrant un courant alternatif et une tension alternative, le chargeur embarqué étant relié électriquement à la station de recharge par l’intermédiaire du dispositif de connexion électrique, et notamment au travers de l’au moins une phase électrique.
La première ligne continue est configurée pour transporter un courant continu et une tension continue, préférentiellement un fort courant continu – typiquement de plusieurs Ampères – et une haute tension continue – typiquement de 400 V ou 800V par exemple.
La deuxième ligne continue est une ligne électrique à un potentiel électrique de référence, par exemple égal à 0 V.
La première ligne continue et la deuxième ligne continue proviennent de la station de recharge, via une prise de recharge. De manière avantageuse, le dispositif de connexion de l’ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention comporte une ligne de masse et une ligne haute tension analogue à celles de la station de recharge et destinées à être connectées à celles respectivement de la prise de recharge provenant de la station de recharge afin d’établir une connexion électrique.
Chaque au moins une phase électrique transporte un courant alternatif et une tension alternative.
Chaque au moins une ligne de phase électrique provient de la station de recharge, via une prise de recharge. Le dispositif de connexion de l’ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention comporte au moins une ligne de phase électrique analogues à celle(s) de la station de recharge et destinée(s) à être connectée(s) à celle(s) respectivement de la prise de recharge provenant de la station de recharge afin d’établir une connexion électrique.
Dans le contexte de la présente invention, la station de recharge est préférentiellement du type d’une station de recharge 400 V ou 800 V. En particulier, de manière astucieuse, l’ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention permet de coupler électriquement et de manière indifférente une station de recharge 400 V ou 800 V à la batterie électrique de traction afin de la recharger à ladite station de recharge.
Ainsi, l’ensemble de recharge électrique conforme au premier aspect de l’invention permet de recharger une batterie électrique de traction à l’aide d’une station de recharge et en permettant de définir plusieurs chemin d’amplification de tension, afin par exemple de recharger la batterie électrique de traction via une tension continue ou une tension alternative délivrée par la station de recharge.
En outre, l’invention conforme à son premier aspect permet de réduire le volume et la masse d’un tel ensemble de recharge, et l’utilisation astucieuse de transistor plutôt que de relais mécanique permet aussi d’améliorer les temps de réponse de l’ensemble de recharge pour basculer dans l’un ou l’autre de ses chemins d’amplification.
L’ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention comprend avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison :
- la première ligne continue est une ligne d’alimentation électrique en tension continue et selon un potentiel électrique positif, par exemple égal à 400V ou 800V. la deuxième ligne continue est une ligne d’alimentation électrique en tension continue et selon un potentiel électrique de référence, par exemple égal à 0V ;
- le premier dispositif de couplage de chaque au moins une ligne de dérivation comporte au moins un transistor du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde. D’une manière générale, chaque au moins un transistor du premier dispositif de couplage est du type de n’importe quel transistor électronique. Cette configuration avantageuse permet d’alléger l’ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention, de réduire le volume correspondant et, in fine de faciliter l’intégration de l’ensemble de recharge dans le véhicule automobile ;
- le deuxième dispositif de couplage comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la deuxième ligne continue au pole négatif de la batterie électrique de traction ;
- l’ensemble de recharge comporte un troisième dispositif de couplage et un quatrième dispositif de couplage placés en parallèle du convertisseur isolé, le troisième dispositif de couplage et le quatrième dispositif de couplage étant configurés pour établir un désactiver une dérivation du convertisseur isolé. Une telle dérivation est désactivée lorsqu’il est nécessaire d’utiliser le convertisseur isolé pour transformer une tension électrique continue fournie par la station de recharge, afin de l’adapter à la batterie électrique de traction. A contrario, une telle dérivation est établie lorsque la station de recharge peut être reliée électriquement directement à la batterie électrique de traction sans avoir à transformer la tension électrique fournie par la station de recharge. C’est par exemple le cas lorsque la tension électrique fournie par la station de recharge est du type d’une tension continue dont l’intensité est égale à celle de la batterie électrique de traction ;
- le troisième dispositif de couplage est placé en parallèle d’une première ligne d’amplification du chargeur embarqué, et le quatrième dispositif de couplage est placé en parallèle d’une deuxième ligne d’amplification du chargeur embarqué. En d’autres termes, une borne d’entrée du troisième dispositif de couplage et une borne d’entrée du quatrième dispositif de couplage sont respectivement reliées à une première entrée et à une deuxième entrée du convertisseur isolé, et une borne de sortie du troisième dispositif de couplage et une borne de sortie du quatrième dispositif de couplage sont respectivement reliées à une première sortie et à une deuxième sortie dudit convertisseur isolé ;
- le troisième dispositif de couplage comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la première entrée à la première sortie du convertisseur isolé, et le quatrième dispositif de couplage comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la deuxième entrée à la deuxième sortie du convertisseur isolé. Il est ainsi possible de piloter l’au moins un transistor de manière à autoriser ou bloquer un passage de courant dans le troisième dispositif de couplage, correspondant respectivement à une dérivation du convertisseur isolé ou à une utilisation dudit convertisseur isolé ;
- l’au moins un transistor formant le troisième dispositif de couplage et/ou le quatrième dispositif de couplage est du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde ;
- de manière avantageuse, le troisième dispositif de couplage comporte deux transistors connectés en série et en opposition l’un par rapport à l’autre, les deux transistors étant reliés entre eux par leur borne drain respective. Cette configuration avantageuse permet de parfaitement contrôler un écoulement ou un blocage du courant circulant dans la troisième dispositif de couplage et d’empêcher la circulation d’un courant inverse dans ledit troisième dispositif de couplage. Dans le cas où le troisième dispositif de couplage comporte deux transistors ainsi montés, alors les deux transistors formant le troisième dispositif de couplage sont préférentiellement du même type ;
- l’au moins un transistor formant le quatrième dispositif de couplage et/ou le quatrième dispositif de couplage est du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde ;
- de manière avantageuse, le quatrième dispositif de couplage comporte deux transistors connectés en série et en opposition l’un par rapport à l’autre, les deux transistors étant reliés entre eux par leur borne drain respective. Cette configuration avantageuse permet de parfaitement contrôler un écoulement ou un blocage du courant circulant dans la quatrième dispositif de couplage et d’empêcher la circulation d’un courant inverse dans ledit quatrième dispositif de couplage. Dans le cas où le quatrième dispositif de couplage comporte deux transistors ainsi montés, alors les deux transistors formant le quatrième dispositif de couplage sont préférentiellement du même type ;
- l’ensemble de recharge comporte (i) un filtre de tension continue situé dans une position électriquement intermédiaire entre le convertisseur isolé et la batterie électrique de traction, (ii) un cinquième dispositif de couplage configuré pour relier électriquement ou isoler électriquement une première borne de sortie du filtre de tension continue à un pole positif de la batterie électrique de traction, et (iii) un sixième dispositif de couplage configuré pour relier électriquement ou isoler électriquement une deuxième borne de sortie du filtre de tension continue au pole négatif de la batterie électrique de traction. Le filtre de tension continue permet de filtrer la tension électrique et/ou le courant électrique mis en forme par le convertisseur isolé et avant d’être injecté dans la batterie électrique de traction. Le cinquième dispositif de couplage et le sixième dispositif de couplage sont tous les deux situés sur des lignes électriques reliant le convertisseur isolé à la batterie électrique de traction. En particulier, le cinquième dispositif de couplage est associé à la ligne électrique portant une tension positive et le sixième dispositif de couplage est associé à la ligne électrique portant une tension de référence. Le cinquième dispositif de couplage et le sixième dispositif de couplage fonctionnent en phase l’un et l’autre et sont pilotés de manière simultanée. Ils permettent ensemble de contrôler l’énergie électrique fournie par le convertisseur isolé à la batterie électrique de traction ;
- le cinquième dispositif de couplage comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la première borne de sortie du filtre de tension continue au pole positif de la batterie électrique de traction ; et le sixième dispositif de couplage comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la deuxième borne de sortie du filtre de tension continue au pole négatif de la batterie électrique de traction. Il est ainsi possible de piloter l’au moins un transistor de manière à autoriser ou bloquer un passage de courant dans le cinquième dispositif de couplage et dans le sixième dispositif de couplage, correspondant respectivement à l’établissement d’une liaison entre le convertisseur isolé et la batterie électrique de traction ou à l’isolation dudit convertisseur isolé par rapport à ladite batterie électrique de traction ;
- l’au moins un transistor du cinquième dispositif de couplage et/ou du sixième dispositif de couplage est du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde.
- de manière avantageuse, le cinquième dispositif de couplage comporte deux transistors connectés en série et en opposition l’un par rapport à l’autre, les deux transistors étant reliés entre eux par leur borne drain respective, et le sixième dispositif de couplage comporte deux transistors connectés en série et en opposition l’un par rapport à l’autre, les deux transistors étant reliés entre eux par leur borne drain respective. Cette configuration avantageuse permet de parfaitement contrôler un écoulement ou un blocage du courant circulant dans la cinquième dispositif de couplage et dans le sixième dispositif de couplage, en empêchant la circulation d’un courant inverse dans lesdits dispositifs de couplage. Dans le cas où le cinquième dispositif de couplage et le sixième dispositif de couplage comportent deux transistors ainsi montés, alors les deux transistors formant chaque cinquième et sixième dispositif de couplage sont préférentiellement du même type ;
- d’une manière plus générale, tous les au moins un transistor de tous les dispositifs de couplage sont du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde. Cette configuration avantageuse permet de réduire les temps de réponse de l’ensemble de recharge, d’optimiser son pilotage et la sélection de l’un ou l’autre des chemins d’amplification. En outre, l’utilisation de tels transistors permet de réduire l’encombrement de l’ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention et de faciliter sont intégration sur le véhicule automobile sur lequel il est destiné à être monté ;
- tous les dispositifs de couplage comportent deux transistors connectés en série et en opposition l’un par rapport à l’autre, les deux transistors étant reliés entre eux par leur borne drain respective. Cette configuration avantageuse permet de parfaitement contrôler un écoulement ou un blocage du courant circulant dans chaque dispositif de couplage et d’empêcher la circulation d’un courant inverse dans lesdits dispositifs de couplage. Dans le cas où les dispositifs de couplage comportent tous deux transistors ainsi montés en opposition et en série, alors les deux transistors formant chaque dispositif de couplage sont préférentiellement du même type ;
- le dispositif de connexion électrique comporte préférentiellement trois phases électriques et l’ensemble de recharge comporte trois lignes de dérivation, chaque ligne de dérivation étant reliée électriquement à la première ligne continue d’une part, et à l’une des trois phases électriques différente de celle des deux autres lignes de dérivation d’autre part.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un véhicule automobile électrifié comportant un ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements.
Des modes de réalisation variés de l’invention sont prévus, intégrant selon l’ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les FIGURES, les éléments communs à plusieurs FIGURES conservent la même référence.
En référence aux FIGURES 1 et 2, il est représenté un ensemble de recharge 1 d’une batterie électrique de traction 26 par une station de recharge, l’ensemble de recharge 1 comportant :
- la batterie électrique de traction 26 configurée pour fournir une énergie électrique à une machine électrique générant un couple moteur sur une chaîne de traction du véhicule automobile.
- un chargeur embarqué 27 relié électriquement à la batterie électrique de traction 26,
- un dispositif de connexion électrique 21 permettant de raccorder électriquement l’ensemble de recharge 1 électrique à la station de recharge par l’intermédiaire d’au moins une phase électrique L1, L2, L3,
- un circuit de correction d’un facteur de puissance 23 disposé électriquement dans une position intermédiaire entre le dispositif de connexion électrique 21 et un convertisseur isolé 24 du chargeur embarqué 27, chaque au moins une phase électrique L1, L2, L3 étant reliée électriquement au circuit de correction du facteur de puissance 23,
- au moins une ligne de dérivation 17 reliant une ligne de recharge de la batterie électrique de traction 26 en tension continue positive, dite première ligne continue DC+, chaque au moins une ligne de dérivation 17 comportant un premier dispositif de couplage 11 configuré pour connecter ou déconnecter ladite au moins une ligne de dérivation 17 à chaque au moins une phase électrique L1, L2, L3.
Dans les exemples de réalisation illustrés sur les FIGURES 1 et 2, l’ensemble de recharge 1 conforme au premier aspect de l’invention comporte en outre :
- un filtre de tension alternative 22 configuré pour filtrer chacune des phases électriques L1, L2, L3 avant leur injection dans le circuit de correction du facteur de puissance 23 et/ou le convertisseur isolé 24. Le filtre de tension alternative 22 est situé dans une position intermédiaire entre le dispositif de connexion électrique 21 et le convertisseur isolé 24 ; et
- un filtre de tension continue 25 configuré pour filtrer une tension continue redressée et/ou mise en forme par le convertisseur isolé 24 avant son injection dans la batterie électrique de traction 26. Le filtre de tension continue 25 est situé dans une position électriquement intermédiaire entre le convertisseur isolé 24 et la batterie électrique de traction 26.
Dans l’ensemble de recharge 1 conforme au premier aspect de l’invention, le premier dispositif de couplage 11 comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la première ligne continue DC+ à l’au moins une phase électrique L1, L2, L3 correspondante, et l’ensemble de recharge 1 comporte un deuxième dispositif de couplage 12 configuré pour relier électriquement ou isoler électriquement une ligne de recharge de la batterie électrique de traction 26 en tension continue de référence, dite deuxième ligne continue DC-, à un pole négatif B- de la batterie électrique de traction 26.
Comme visible sur les FIGURES 1 et 2, la première ligne continue DC+, correspondant à une alimentation électrique en tension continue et positive, par exemple égale à 400V ou 800V, et provenant de la station de recharge à laquelle l’ensemble de recharge 1 est connecté, est reliée électriquement à chacune des au moins une phase électrique L1, L2, L3 fournie par ladite station de recharge et au travers de laquelle au moins une phase électrique L1, L2, L3 peut alimenter le chargeur embarqué 27 en tension alternative. Cette au moins une phase électrique L1, L2, L3 fournit ainsi une énergie électrique alternative qui est redressée et transformée par le chargeur embarqué 24 pour charger la batterie électrique de traction 26.
De manière préférée, la station de recharge fournie une alimentation électrique alternative triphasée, de sorte que la première ligne continue DC+ est connectée, par l’intermédiaire de trois lignes de dérivation 17 et au travers du premier dispositif de couplage 11, à une première phase électrique L1, une deuxième phase électrique L2 et une troisième phase électrique L3. En d’autres termes, l’ensemble de recharge 1 comporte trois lignes de dérivation 17, chaque ligne de dérivation 17 étant associée à l’une des phases électriques L1, L2, L3 fournies par la station de recharge.
On notera aussi que la ligne de neutre N n’est pas interfacée par le premier dispositif de couplage 11. En particulier, la ligne de neutre N n’est pas connectée à la deuxième ligne continue DC-, comme c’est généralement le cas dans les ensembles de recharge connus. Cette configuration avantageuse permet ainsi d’économiser un relai mécanique des ensembles de recharges connus et, dans le cas de la présente invention, d’économiser un transistor ou un couple de transistors 111A, 111B.
Comme visible sur les FIGURES 1 et 2, le premier dispositif de couplage 11 de chaque ligne de dérivation 17 comporte au moins un transistor – et préférentiellement deux transistors 111A, 111B placés en série l’un de l’autre et en opposition – du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde. D’une manière générale, chaque au moins un transistor du premier dispositif de couplage 11 est du type de n’importe quel transistor électronique afin d’alléger l’ensemble de recharge 1 conforme au premier aspect de l’invention, de réduire le volume correspondant et, in fine de faciliter l’intégration de l’ensemble de recharge 1 dans le véhicule automobile.
Plus particulièrement, chaque premier dispositif de couplage 11 comporte deux transistors 111A, 111B montés en série et en opposition sur chacune des lignes de dérivation 17.
Du côté de la première ligne continue DC+, une borne drain ou une borne source des transistors 111A, 111B de chaque premier dispositif de couplage 11 sont toutes reliées entre elles et à ladite première ligne continue DC+.
Du côté de chaque phase électrique L1, L2, L3, une borne drain ou une borne source des transistors 111A, 111B de chaque premier dispositif de couplage 11 sont toutes reliées à l’une desdites phases électriques L1, L2, L3. En particulier, chaque premier dispositif de couplage 11 est connecté à l’une des phases électriques L1, L2, L3 au niveau d’un point de connexion situé entre le dispositif de connexion électrique 21 et le filtre de tension alternative 22.
Comme visible sur les FIGURES 1 et 2, l’ensemble de recharge 1 comporte un troisième dispositif de couplage 13 et un quatrième dispositif de couplage 14 placés en parallèle du convertisseur isolé 24, le troisième dispositif de couplage 13 et le quatrième dispositif de couplage 14 étant configurés pour établir un désactiver une dérivation du convertisseur isolé 24. Une telle dérivation est désactivée lorsqu’il est nécessaire d’utiliser le convertisseur isolé 24 pour transformer une tension électrique fournie par la station de recharge, alternative ou continue, afin de l’adapter à la batterie électrique de traction 26. A contrario, une telle dérivation est établie lorsque la station de recharge peut être reliée électriquement directement à la batterie électrique de traction 26 sans avoir à transformer la tension électrique fournie par la station de recharge. C’est par exemple le cas lorsque la tension électrique fournie par la station de recharge est du type d’une tension continue dont l’intensité est égale à celle de la batterie électrique de traction 26.
Le troisième dispositif de couplage 13 est placé en parallèle d’une première ligne d’amplification 241 du chargeur embarqué 24. En d’autres termes, une borne d’entrée du troisième dispositif de couplage 13 est reliée à une première entrée du convertisseur isolé 24, et une borne de sortie du troisième dispositif de couplage 13 est reliée à une première sortie B3 dudit convertisseur isolé 24.
Le troisième dispositif de couplage 13 comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la première entrée à la première sortie B3 du convertisseur isolé 24. Il est ainsi possible de piloter l’au moins un transistor de manière à autoriser ou bloquer un passage de courant dans le troisième dispositif de couplage 13, correspondant respectivement à une dérivation du convertisseur isolé 24 ou à une utilisation dudit convertisseur isolé 24.
De manière avantageuse, le troisième dispositif de couplage 13 comporte deux transistors 111A, 111B connectés en série et en opposition l’un par rapport à l’autre, les deux transistors 111A, 111B étant reliés entre eux par leur borne drain respective. Les deux transistors 111A, 111B du troisième dispositif de couplage 13 sont alors préférentiellement du même type, et notamment du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde.
Le quatrième dispositif de couplage 14 est placé en parallèle d’une deuxième ligne d’amplification 242 du chargeur embarqué 24. En d’autres termes, une borne d’entrée du quatrième dispositif de couplage 14 est reliée à une deuxième entrée du convertisseur isolé 24, et une borne de sortie du quatrième dispositif de couplage 14 est reliée à une deuxième sortie B4 dudit convertisseur isolé 24.
Le quatrième dispositif de couplage 14 comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la première entrée à la première sortie B3 du convertisseur isolé 24. Il est ainsi possible de piloter l’au moins un transistor de manière à autoriser ou bloquer un passage de courant dans le quatrième dispositif de couplage 14, correspondant respectivement à une dérivation du convertisseur isolé 24 ou à une utilisation dudit convertisseur isolé 24.
De manière avantageuse, le quatrième dispositif de couplage 14 comporte deux transistors 111A, 111B connectés en série et en opposition l’un par rapport à l’autre, les deux transistors 111A, 111B étant reliés entre eux par leur borne drain respective. Les deux transistors 111A, 111B du quatrième dispositif de couplage 14 sont alors préférentiellement du même type, et notamment du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde.
Le troisième dispositif de couplage 13 et le quatrième dispositif de couplage 14 sont pilotés ensembles et de manière synchrone.
Le deuxième dispositif de couplage 12 permet au moins de contrôler une connexion électrique ou une isolation électrique entre la deuxième ligne continue DC- et un pole négatif B- de la batterie électrique de traction 26.
Dans le premier exemple de réalisation visible sur la , le deuxième dispositif de couplage 12 comporte un interrupteur ou un relai mécanique permettant d’établir ou de désactiver une telle liaison électrique.
Complémentairement, le deuxième dispositif de couplage 12 illustré sur l’ensemble de recharge 1 de la comporte en outre un interrupteur ou un relais mécanique permettant de contrôler une connexion électrique ou une isolation électrique entre la première ligne continue DC+ et un pole positif B+ de la batterie électrique de traction 26.
A contrario, dans le deuxième exemple de réalisation visible sur la , le deuxième dispositif de couplage 12 comporte :
- au moins un transistor – et préférentiellement deux – dont une borne source et une borne drain relient la deuxième ligne continue DC- au pole négatif B- de la batterie électrique de traction 26. Dans le cas où deux transistors 111A, 111B sont utilisés pour contrôler la connexion électrique entre la deuxième ligne continue DC- et le pole négatif B- de la batterie électrique de traction 26, alors les deux transistors 111A, 111B sont connectés en série et en opposition l’un par rapport à l’autre, les deux transistors 111A, 111B étant reliés entre eux par leur borne drain respective ; et
- au moins un transistor – et préférentiellement deux – dont une borne source et une borne drain relient la première ligne continue DC+ au pole positif B+ de la batterie électrique de traction 26. Dans le cas où deux transistors 111A, 111B sont utilisés pour contrôler la connexion électrique entre la première ligne continue DC+ et le pole positif B+ de la batterie électrique de traction 26, alors les deux transistors 111A, 111B sont connectés en série et en opposition l’un par rapport à l’autre, les deux transistors 111A, 111B étant reliés entre eux par leur borne drain respective.
Les transistors 111A, 111B du deuxième dispositif de couplage 12 sont préférentiellement tous du même type, et notamment du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde.
La première ligne continue DC+ et la deuxième ligne continue DC- sont reliées respectivement à la première ligne d’amplification 241 et à la deuxième ligne d’amplification 242 au travers respectivement d’un premier point de connexion N1 et d’un deuxième point de connexion N2. Le premier point de connexion N1 est situé dans une position intermédiaire entre une première borne de sortie S1 le filtre de tension continue 25 et le pole positif B+ de la batterie électrique de traction 26 ; et le deuxième point de connexion N2 est situé dans une position intermédiaire entre une deuxième borne de sortie S2 le filtre de tension continue 25 et le pole négatif B- de la batterie électrique de traction 26.
Afin de contrôler la connexion électrique entre, d’une part, la première ligne continue DC+ et la deuxième ligne continue DC- et, d’autre part, la batterie électrique de traction 26, l’ensemble de recharge 1 comporte respectivement un cinquième dispositif de couplage 15 et un sixième dispositif de couplage 16.
Le cinquième dispositif de couplage 15 est configuré pour relier électriquement ou isoler électriquement la première ligne d’amplification 241, prise en aval de la première borne de sortie S1 du filtre de tension continue 25, à un pole positif B+ de la batterie électrique de traction 26. Le cinquième dispositif de couplage 15 comporte au moins un transistor – et préférentiellement deux – dont une borne source et une borne drain relient la première borne de sortie S1 du filtre de tension continue 25 au pole positif B+ de la batterie électrique de traction 26. Dans le cas où le cinquième dispositif de couplage 15 comporte deux transistors 111A, 111B pour contrôler la connexion électrique entre la première ligne d’amplification 241 et le pole positif B+ de la batterie électrique de traction 26, alors les deux transistors 111A, 111B sont connectés en série et en opposition l’un par rapport à l’autre, les deux transistors 111A, 111B étant reliés entre eux par leur borne drain respective. Les transistors 111A, 111B du cinquième dispositif de couplage 15 sont préférentiellement tous du même type, et notamment du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde.
Le sixième dispositif de couplage 16 est configuré pour relier électriquement ou isoler électriquement la deuxième ligne d’amplification 242, prise en aval de la deuxième borne de sortie S2 du filtre de tension continue 25, à un pole négatif B- de la batterie électrique de traction 26. Le sixième dispositif de couplage 16 comporte au moins un transistor – et préférentiellement deux – dont une borne source et une borne drain relient la deuxième borne de sortie S2 du filtre de tension continue 25 au pole négatif B- de la batterie électrique de traction 26. Dans le cas où le sixième dispositif de couplage 16 comporte deux transistors 111A, 111B pour contrôler la connexion électrique entre la deuxième ligne d’amplification 242 et le pole négatif B- de la batterie électrique de traction 26, alors les deux transistors 111A, 111B sont connectés en série et en opposition l’un par rapport à l’autre, les deux transistors 111A, 111B étant reliés entre eux par leur borne drain respective. Les transistors 111A, 111B du sixième dispositif de couplage 16 sont préférentiellement tous du même type, et notamment du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde.
Le cinquième dispositif de couplage 15 et le sixième dispositif de couplage 16 fonctionnent en phase l’un et l’autre et sont pilotés de manière simultanée. Ils permettent ensemble de contrôler l’énergie électrique fournie à la batterie électrique de traction 26 par le chargeur embarqué 24 ou par la station de recharge via la première ligne continue DC+ et la deuxième ligne continue DC-.
Le sixième dispositif de couplage 16 permet ainsi de remplacer le relais mécanique qui existait auparavant entre la deuxième ligne continue DC- et la ligne de neutre N fournie par la station de recharge. Cette configuration avantageuse permet d’économiser l’utilisation d’un de ce relais, tout en permettant, comme illustré sur la , de pouvoir les remplacer par des transistors 111A, 111B dont les performances électroniques, mécaniques, dimensionnelles et économiques sont plus avantageuses.
Ainsi, chaque dispositif de couplage décrit ici permet d’établir une connexion électrique entre une partie de l’ensemble de recharge 1 située en amont du dispositif de couplage considéré et une partie dudit ensemble de recharge 1 située en aval dudit dispositif de couplage, ou de déconnecter électriquement ladite partie située en amont et ladite partie située en aval. Ainsi, chaque dispositif de couplage permet d’établir ou de désactiver un couplage électrique. En d’autres termes, chaque dispositif de couplage prend la forme d’un interrupteur.
Les FIGURES 1 et 2 illustrent plusieurs variantes de réalisation de tels interrupteurs pour chaque dispositif de couplage. En particulier, et de manière préférée, chaque dispositif de couplage comporte au moins un transistor permettant de réaliser un tel couplage électrique. Mieux encore, chaque dispositif de couplage comporte exactement deux transistors 111A, 111B montés en série et en opposition sur une liaison électrique déterminée. Par opposition, on comprend que de tels transistors 111A, 111B sont montés en sens inverse, de sorte que l’un des deux transistor bloque la circulation d’un courant électrique dans la liaison électrique déterminée dans un premier sens, tandis que le deuxième transistor 111B bloque la circulation d’un courant électrique dans ladite liaison électrique dans un deuxième sens opposé au premier sens.
L’invention conforme à son premier aspect permet ainsi de réduire la compacité de chaque dispositif de couplage et donc, in fine, de l’ensemble de recharge 1, de réduire la masse embarquée sur le véhicule automobile, et d’améliorer les performances dynamiques en proposant des temps de réponse – mesurés au niveau de chaque dispositif de couplage – inférieurs à 1µs ce qui n’est pas réalisable avec l’utilisation de relais mécanique tels que connus auparavant. Ainsi, l’ensemble de recharge 1 présente une sécurité électrique accrue et permet de basculer plus facilement entre l’un et l’autre des chemins d’amplification, en fonction de l’énergie électrique fournie par la station de recharge.
L’ensemble de recharge 1 conforme au premier aspect de l’invention est particulièrement destiné à équipé un véhicule automobile électrifié, c’est-à-dire du type d’un véhicule automobile électrique ou hybride. D’une manière générale, dans un tel véhicule automobile électrifié, la chaîne de traction est mise en rotation par la machine électrique, alimentée électriquement par la batterie électrique de traction 26, afin de générer un couple moteur servant à la mise en mouvement du véhicule automobile. Complémentairement ou alternativement, la machine électrique est configurée pour récupérer une énergie mécanique sur la chaîne de traction et la convertir en énergie électrique en produisant ainsi un couple de freinage sur ladite chaîne de traction.
En synthèse, l’invention concerne un ensemble de recharge 1 permettant d’établir plusieurs chemins d’amplification entre une station de recharge et une batterie électrique de traction 26 afin de permettre son chargement. De manière astucieuse, l’ensemble de recharge 1 met en œuvre plusieurs dispositifs de couplage 11-16 qui comportent selon un mode de réalisation avantageux deux transistors 111A, 111B montés en série et en opposition afin de parfaitement contrôler l’écoulement d’un courant électrique au travers dudit dispositif de couplage. L’ensemble de recharge 1 comporte ainsi, à minima, un premier dispositif de couplage 11 reliant une première ligne continue DC+ fournie par la station de recharge à chacune des phases électriques L1, L2, L3 fournies par ladite station de recharge, et un deuxième dispositif de recharge reliant une deuxième ligne continue DC- fournie par ladite station de recharge à un pole négatif B- de la batterie électrique de traction 26.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.
Claims (10)
- Ensemble de recharge (1) d’une batterie électrique de traction (26) par une station de recharge, l’ensemble de recharge (1) comportant :
- la batterie électrique de traction (26) ;
- un chargeur embarqué (27) relié électriquement à la batterie électrique de traction (26) ;
- un dispositif de connexion électrique (21) permettant de raccorder électriquement l’ensemble de recharge (1) électrique à la station de recharge par l’intermédiaire d’au moins une phase électrique (L1, L2, L3) ;
- un circuit de correction d’un facteur de puissance (23) disposé électriquement dans une position intermédiaire entre le dispositif de connexion électrique (21) et un convertisseur isolé (24) du chargeur embarqué (27), chaque au moins une phase électrique (L1, L2, L3) étant reliée électriquement au circuit de correction du facteur de puissance (23) ;
- au moins une ligne de dérivation (17) reliant une ligne de recharge de la batterie électrique de traction (26) en tension continue positive, dite première ligne continue (DC+), chaque au moins une ligne de dérivation (17) comportant un premier dispositif de couplage (11) configuré pour connecter ou déconnecter ladite au moins une ligne de dérivation (17) à chaque au moins une phase électrique (L1, L2, L3) ;
caractérisé en ce que le premier dispositif de couplage (11) comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la première ligne continue (DC+) à l’au moins une phase électrique (L1, L2, L3) correspondante ;
et en ce que l’ensemble de recharge (1) comporte un deuxième dispositif de couplage (12) configuré pour relier électriquement ou isoler électriquement une ligne de recharge de la batterie électrique de traction (26) en tension continue de référence, dite deuxième ligne continue (DC-), à un pole négatif (B-) de la batterie électrique de traction (26). - Ensemble de recharge (1) selon la revendication précédente, dans lequel le premier dispositif de couplage (11) de chaque au moins une ligne de dérivation (17) comporte au moins un transistor du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde.
- Ensemble de recharge (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième dispositif de couplage (12) comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la deuxième ligne continue (DC-) au pole négatif (B-) de la batterie électrique de traction (26).
- Ensemble de recharge (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’ensemble de recharge (1) comporte un troisième dispositif de couplage (13) et un quatrième dispositif de couplage (14) placés en parallèle du convertisseur isolé (24), le troisième dispositif de couplage (13) et le quatrième dispositif de couplage (14) étant configurés pour établir un désactiver une dérivation du convertisseur isolé (24).
- Ensemble de recharge (1) selon la revendication précédente, dans lequel le troisième dispositif de couplage (13) comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la première entrée à la première sortie (B3) du convertisseur isolé (24), et le quatrième dispositif de couplage (14) comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la deuxième entrée à la deuxième sortie (B4) du convertisseur isolé (24).
- Ensemble de recharge (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’ensemble de recharge (1) comporte :
- un filtre de tension continue (25) situé dans une position électriquement intermédiaire entre le convertisseur isolé (24) et la batterie électrique de traction (26) ;
- un cinquième dispositif de couplage (15) configuré pour relier électriquement ou isoler électriquement une première borne de sortie (S1) du filtre de tension continue (25) à un pole positif (B+) de la batterie électrique de traction (26) ;
- un sixième dispositif de couplage (16) configuré pour relier électriquement ou isoler électriquement une deuxième borne de sortie (S2) du filtre de tension continue (25) au pole négatif (B-) de la batterie électrique de traction (26). - Ensemble de recharge (1) selon la revendication précédente, dans lequel le cinquième dispositif de couplage (15) comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la première borne de sortie (S1) du filtre de tension continue (25) au pole positif (B+) de la batterie électrique de traction (26) ; et le sixième dispositif de couplage (16) comporte au moins un transistor dont une borne source et une borne drain relient la deuxième borne de sortie (S2) du filtre de tension continue (25) au pole négatif (B-) de la batterie électrique de traction (26).
- Ensemble de recharge (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’au moins un transistor formant le troisième dispositif de couplage (13) et/ou l’au moins un transistor formant le quatrième dispositif de couplage (14) et/ou l’au moins un transistor formant le cinquième dispositif de couplage (15) et/ou l’au moins un transistor formant le sixième dispositif de couplage (16) est du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde.
- Ensemble de recharge (1) selon la revendication précédente, dans lequel tous les dispositifs de couplage (11-16) comportent deux transistors (111A, 111B) connectés en série et en opposition l’un par rapport à l’autre, les deux transistors (111A, 111B) étant reliés entre eux par leur borne drain respective.
- Véhicule automobile électrifié comportant un ensemble de recharge (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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