FR3139052A1 - Ensemble de recharge d’une batterie électrique de traction. - Google Patents

Ensemble de recharge d’une batterie électrique de traction. Download PDF

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Dounia Oustad
Antonio Couto Da Costa
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Abstract

L’invention concerne un ensemble de recharge (20) d’une batterie électrique de traction (4) par une station de recharge (19) fournissant un réseau électrique continu (1) et un réseau électrique alternatif (1) multi-phasé, l’ensemble de recharge (20) comportant (i) la batterie électrique de traction (4), (ii) un chargeur embarqué (3) relié, d’une part, au réseau électrique alternatif (1) et au réseau électrique continu (2) fourni par la station de recharge (19) et, d’autre part, à la batterie électrique de traction (4), le chargeur embarqué (3) étant configuré pour pouvoir transformer en une haute tension continue (HV+, HV-) une tension alternative fournie par ledit réseau électrique alternatif (1) ou une tension continue fournie par le réseau électrique continu (2) afin d’alimenter ladite batterie électrique de traction (4) avec la haute tension continue (HV+, HV-) ainsi transformée, et (iii) plusieurs commutateurs (5, 6, 10, 11, 15, 16, 17) électriques configurés pour pouvoir sélectionner un chemin de couplage électrique entre la station de recharge (19) et la batterie électrique de traction (4). Figure 1

Description

ENSEMBLE DE RECHARGE D’UNE BATTERIE ÉLECTRIQUE DE TRACTION.
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.
Le contexte de la présente invention adresse plus particulièrement le problème de la recharge rapide de la batterie électrique de traction, à l’aide de la tension continue fournie par la station de recharge. En particulier, la recharge rapide d’un véhicule automobile électrifié disposant d’une batterie électrique de traction 800V, se fait par l’intermédiaire d’une station de recharge rapide 800V : une tension continue de 800V est alors appliquée directement aux bornes de la batterie électrique de traction 800V dudit véhicule automobile. A contrario, la recharge rapide d’un véhicule automobile électrifié disposant d’une batterie électrique de traction 400V, se fait par l’intermédiaire d’une station de recharge rapide 400V : une tension continue de 400V est alors appliquée directement aux bornes de la batterie électrique de traction 400V dudit véhicule automobile.
Ainsi, avec les ensemble de recharge connus, la recharge rapide d’un véhicule automobile électrifié disposant d’une batterie électrique de traction 800V, ne peut pas se faire par une station de recharge 400V, la tension disponible aux bornes de ladite station de recharge étant inférieure à 800V, le courant délivré est nul ou insuffisant. De manière comparable, la recharge rapide d’un véhicule automobile électrifié disposant d’une batterie électrique de traction 400V, ne peut pas se faire par une station de recharge 800V, la tension disponible aux bornes de ladite station de recharge étant bien trop élevée par rapport à celle de la batterie électrique de traction.
La présente invention a pour objet de proposer un nouvel ensemble de recharge d’un véhicule automobile 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 proposer des facultés étendues de recharges des batteries électriques de traction.
Un autre but de l’invention est de permettre d’utiliser indifféremment une station de recharge 400V ou 800V avec un véhicule automobile électrifié équipé d’une batterie électrique de traction 400V ou 800V pour réaliser une charge rapide via une tension continue haute tension fournie par la station de recharge.
Un autre but de l’invention est de permettre de recharger, par l’intermédiaire d’un réseau électrique alternatif monophasé ou multi-phasé fourni par la station de recharge, les batteries électriques de traction de type 400V ou 800V de n’importe quel véhicule automobile électrifié.
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 d’un véhicule automobile par une station de recharge fournissant un réseau électrique continu et un réseau électrique alternatif multi-phasé, l’ensemble de recharge comportant :
- la batterie électrique de traction ;
- un chargeur embarqué relié, d’une part, au réseau électrique alternatif et au réseau électrique continu fourni par la station de recharge et, d’autre part, à la batterie électrique de traction, le chargeur embarqué étant configuré pour pouvoir transformer en une haute tension continue une tension alternative fournie par ledit réseau électrique alternatif ou une tension continue fournie par le réseau électrique continu afin d’alimenter ladite batterie électrique de traction avec la haute tension continue ainsi transformée, le chargeur embarqué comportant :
- un circuit de correction d’un facteur de puissance configuré notamment pour convertir la tension alternative fournie par le réseau électrique alternatif via la station de recharge en une haute tension continue nécessaire à la recharge de la batterie électrique de traction, le circuit de correction étant relié électriquement à des lignes de phase électrique dudit réseau électrique alternatif ;
- un convertisseur isolé configuré pour convertir en haute tension continue la tension continue fournie par le réseau électrique continu via une ligne de haute tension positive et une ligne de référence continue;
- un filtre capacitif situé dans une position intermédiaire entre le circuit de correction et le convertisseur isolé ;
- un filtre passe-bas de sortie situé dans une position intermédiaire entre le convertisseur isolé et la batterie électrique de traction ;
- un dispositif de commutation configuré pour utiliser simultanément le circuit de correction et le convertisseur isolé pour charger 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, 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 400V ou 800V.
Dans le contexte de l’invention, le circuit de correction est configuré notamment pour redresser une tension électrique alternative fournie par la station de recharge afin de recharger la batterie électrique de traction. Le circuit de correction 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.
Complémentairement, le convertisseur isolé du chargeur embarqué est du type d’un convertisseur de tension continue en tension continue. En particulier, le chargeur embarqué est configuré pour amplifier une tension électrique continue fournie par la station de recharge afin de recharger la batterie électrique de traction. Le chargeur embarqué permet ainsi de convertir un courant continu pouvant être fourni par la station de recharge en un courant continu qui permet, in fine, de recharger la batterie électrique de traction.
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 couplée électriquement à la station de recharge par l’intermédiaire du chargeur embarqué et via le réseau électrique continu afin de réaliser une recharge rapide. Dans ce cas, le premier commutateur est configuré dans sont état ouvert afin d’isoler la ligne de haute tension positive fournie par le réseau électrique continu de la station de recharge et la borne positive de la batterie électrique de traction ; et le deuxième commutateur est configuré dans son état fermé afin d’établir une liaison électrique entre la ligne de référence continue fournie par le réseau électrique continu de la station de recharge et la borne négative de la batterie électrique de traction ; et le troisième commutateur est configuré dans son état fermé pour relier la ligne de haute tension positive à un pont de puissance primaire du transformateur ; et le quatrième commutateur est configuré dans son état fermé pour relier la ligne de haute tension re référence au pont de puissance primaire du transformateur ;
- un deuxième chemin de couplage dans lequel la batterie électrique de traction est couplée électriquement à la station de recharge par l’intermédiaire du chargeur embarqué et via le réseau électrique alternatif afin de réaliser une recharge dite lente. Dans ce cas, le premier commutateur et le deuxième commutateurs sont configurés dans leur état ouvert afin respectivement d’isoler la ligne de haute tension positive de la station de recharge et la borne positive de la batterie électrique de traction et d’isoler la ligne de référence continue de la station de recharge et la borne négative de la batterie électrique de traction. En outre, le troisième commutateur et le quatrième commutateur sont aussi configurés dans leur état ouvert afin respectivement d’isoler la ligne de haute tension positive et le pont de puissance primaire du transformateur, et d’isoler la ligne de haute tension re référence et le pont de puissance primaire du transformateur.
De manière astucieuse, dans le cas du premier chemin de couplage, le transformateur du convertisseur isolé est adapté en fonction du type de station de recharge et du type de batterie électrique de traction :
- Si la tension aux bornes de la station de recharge rapide est de l’ordre de 400V et que la batterie électrique de traction est du type d’une batterie 800V, alors le pont de puissance primaire du transformateur du convertisseur isolé est piloté comme un pont complet, afin de pouvoir transformer la tension 400 V en une tension 800V aux bornes du secondaire du transformateur, lorsque ledit transformateur présente un rapport de transformation de 2. En revanche, si la batterie électrique de traction est du type d’une batterie 400V, alors le rapport de transformation du transformateur du convertisseur isolé est adapté à 1 de manière à pouvoir ajuster la transformation de tension à la batterie électrique de traction ;
- Si la tension aux bornes de la station de recharge rapide est de l’ordre de 800V et que la batterie électrique de traction est du type d’une batterie 400V, alors le pont de puissance primaire du transformateur du convertisseur isolé est piloté comme un demi-pont, afin de toujours obtenir une tension de 400V au bornes du primaire du transformateur, et de la transformer en une tension 400V aux bornes du secondaire du transformateur, lorsque ledit transformateur présente un rapport de transformation de 1.
La ligne de haute tension positive 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 ligne de référence continue est une ligne électrique à un potentiel électrique de référence, par exemple égal à 0 V.
La ligne de haute tension positive continue et la ligne de référence continue proviennent de la station de recharge, via une prise de recharge. De manière avantageuse, un dispositif de connexion de l’ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention permet de raccorder électriquement l’ensemble de recharge électrique à la station de recharge par l’intermédiaire d’au moins une phase électrique du réseau électrique alternatif. Le dispositif de connexion comporte en outre une ligne de masse et une ligne haute tension analogues à respectivement la ligne de haute tension positive et la ligne de référence continue de la station de recharge. Le dispositif de connexion est destiné à être connecté à la prise de recharge provenant de la station de recharge afin d’établir une connexion électrique entre la station de recharge et la batterie électrique de traction.
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.
Dans le contexte de l’invention, le filtre passe-bas de sortie permet d’atténuer les variations de courant et/ou de tension dont une fréquence dépasse une valeur seuil. A contrario, toutes les variations de courant et/ou de tension dont une fréquence est inférieure à la valeur seuil sont transmises sans atténuation. Le filtre passe-bas de sortie est situé entre une sortie du chargeur embarqué et la batterie électrique de traction. En particulier, le filtre passe-bas de sortie est placé en parallèle d’un pont de puissance secondaire du convertisseur isolé.
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.
Plus particulièrement, l’invention conforme à son premier aspect permet de manière astucieuse d’augmenter la puissance du convertisseur isolé en augmentant la fréquence de travail dudit convertisseur isolé, sans avoir à modifier le transformateur utilisé. Cette configuration avantageuse permet ainsi de tirer partie des composants utilisés dans le chargeur embarqué et de les utiliser d’une manière optimale.
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 :
- le dispositif de commutation est configuré pour relier la ligne de haute tension positive à, d’une part, chacune des lignes de phase électrique et, d’autre part, le convertisseur isolé. En particulier, le dispositif de commutation comporte (i) un premier commutateur configuré pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre une ligne de haute tension positive fournie par le réseau électrique continu de la station de recharge et une borne positive de la batterie électrique de traction, (ii) un deuxième commutateur configuré pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre une ligne de référence continue fournie par le réseau électrique continu de la station de recharge et une borne négative de la batterie électrique de traction, (iii) un troisième commutateur et un quatrième commutateur configurés pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre le réseau électrique continu et un pont de puissance primaire du convertisseur isolé du chargeur embarqué, (iv) un cinquième commutateur configuré pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre la ligne de haute tension positive et chacune des lignes de phase électrique, (vi) un sixième commutateur configuré pour établir ouvrir ou fermer une première ligne d’amplification du chargeur embarqué, prise entre le circuit de correction et le convertisseur isolé, et (vii) un septième commutateur configuré pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre la première ligne d’amplification du chargeur, prise entre le circuit de correction et le troisième commutateur, et un pont de puissance secondaire du convertisseur isolé du chargeur embarqué ;
– le cinquième commutateur est configuré pour piloter sélectivement une liaison électrique ou une isolation sur chacune des lignes de phase électrique. A cet effet, le cinquième commutateur comporte avantageusement un ou plusieurs interrupteurs, pris en nombre égal au nombre de lignes de phase électrique, chaque ligne de phase électrique étant reliée à l’un des interrupteurs du cinquième commutateur ;
– le premier commutateur et/ou le deuxième commutateur et/ou le troisième commutateur et/ou le quatrième commutateur et/ou le cinquième commutateur et/ou le sixième commutateur et/ou le septième commutateur sont choisis parmi ceux du type d’un relai mécanique ou d’un transistor. Dans le contexte de l’invention, toutes les configurations sont envisageables : tous les commutateurs pouvant être du type d’un transistor, ou tous les commutateurs pouvant être du type d’un relais mécanique, ou une première partie des commutateurs pouvant être du type d’un transistor et une deuxième parie des commutateurs pouvant être du type d’un relais mécanique ;
- le transistor formant tout ou partie du premier commutateur et/ou du deuxième commutateur et/ou du troisième commutateur et/ou du quatrième commutateur et/ou du cinquième commutateur et/ou du sixième commutateur et/ou du septième commutateur est du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde.
- le filtre passe-bas de sortie comporte (i) un premier inducteur reliant le pont de puissance secondaire du convertisseur isolé et la borne positive de la batterie électrique de traction, (ii) un deuxième inducteur reliant le pont de puissance secondaire du convertisseur isolé et la borne négative de la batterie électrique de traction, (iii) un troisième inducteur reliant la ligne de haute tension positive et le troisième commutateur ;
- une deuxième borne du troisième commutateur est reliée à une première borne du sixième commutateur ;
- une deuxième borne du sixième commutateur est reliée à une première borne du septième commutateur ;
- une deuxième borne du septième commutateur est reliée au premier inducteur du filtre passe-bas de sortie ;
- le filtre passe-bas de sortie comporte (i) un premier inducteur reliant le pont de puissance secondaire du convertisseur isolé et la borne positive de la batterie électrique de traction, (ii) un deuxième inducteur reliant le pont de puissance secondaire du convertisseur isolé et la borne négative de la batterie électrique de traction, (iii) un troisième inducteur reliant la ligne de haute tension positive et le troisième commutateur, (iv) et une deuxième borne du troisième commutateur est reliée à une première borne du sixième commutateur, une deuxième borne du sixième commutateur est reliée à une première borne du septième commutateur, une deuxième borne du septième commutateur est reliée au premier inducteur du filtre passe-bas de sortie ;
- selon une première variante de réalisation, une première borne du troisième commutateur et une première borne du cinquième commutateur sont connectées au troisième inducteur du filtre passe-bas de sortie, une deuxième borne dudit troisième commutateur étant connectée à la première ligne d’amplification du chargeur embarqué, prise entre le circuit de correction et le convertisseur isolé, et une deuxième borne dudit cinquième commutateur étant connectée à chacune des lignes de phase électrique ;
- la deuxième borne du troisième commutateur est connectée à la première ligne d’amplification entre le pont de puissance primaire du transformateur du convertisseur isolé et le circuit de correction d’un facteur de puissance du chargeur embarqué ;
- selon un premier mode de réalisation de la première variante de réalisation, (i) le filtre passe-bas de sortie comporte un quatrième inducteur reliant la ligne de référence continue et la deuxième ligne d’amplification du chargeur embarqué, prise entre le circuit de correction et le convertisseur isolé, (ii) le quatrième commutateur est placé en dérivation du convertisseur isolé, entre le quatrième inducteur du filtre passe-bas de sortie et la deuxième ligne d’amplification du chargeur embarqué, prise entre le circuit de correction et le convertisseur isolé, (iii) le cinquième commutateur est situé dans une position intermédiaire entre un filtre passe-bas d’entrée et le circuit de correction ;
- complémentairement, le quatrième commutateur est logé dans le convertisseur isolé et/ou le cinquième commutateur est logé dans le chargeur embarqué.
- selon un deuxième mode de réalisation de la première variante de réalisation, (i) le quatrième commutateur est placé en dérivation du transformateur du convertisseur isolé, sur la deuxième ligne d’amplification du chargeur embarqué, et (ii) le cinquième commutateur est situé dans une position intermédiaire entre un filtre passe-bas d’entrée du chargeur embarqué et le circuit de correction ;
- complémentairement, une première borne du quatrième commutateur est connectée au pont de puissance primaire du convertisseur isolé et une deuxième borne dudit quatrième commutateur est connectée à au pont de puissance secondaire dudit convertisseur isolé ;
- dans ce mode de réalisation, le quatrième commutateur est logé dans le convertisseur isolé et/ou le cinquième commutateur est logé dans le chargeur embarqué.
- selon une deuxième variante de réalisation, une première borne du cinquième commutateur est connectée à la ligne de haute tension continue, une deuxième borne dudit cinquième commutateur étant connectée à chacune des lignes de phase électrique, et une première borne du troisième commutateur est connectée au troisième inducteur du filtre passe-bas de sortie, une deuxième borne dudit troisième commutateur étant connectée à la première ligne d’amplification du chargeur embarqué, prise entre le circuit de correction et le convertisseur isolé ;
- la deuxième borne du troisième commutateur est connectée à la première ligne d’amplification entre le pont de puissance primaire du transformateur du convertisseur isolé et le circuit de correction d’un facteur de puissance du chargeur embarqué ;
- selon un premier mode de réalisation de la deuxième variante de réalisation, (i) le quatrième commutateur est placé en dérivation du transformateur du convertisseur isolé, sur la deuxième ligne d’amplification du chargeur embarqué, (ii) le cinquième commutateur est situé dans une position intermédiaire entre un filtre passe-bas d’entrée du chargeur embarqué et la station de recharge ;
- dans ce mode de réalisation, une première borne du quatrième commutateur est connectée au pont de puissance primaire du convertisseur isolé et une deuxième borne dudit quatrième commutateur est connectée à au pont de puissance secondaire dudit convertisseur isolé ;
- complémentairement, le quatrième commutateur est logé dans le convertisseur isolé et/ou le cinquième commutateur est logé en dehors du chargeur embarqué.
- selon un deuxième mode de réalisation de la deuxième variante de réalisation, le cinquième commutateur est configuré pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre la ligne de référence continue et une ligne de neutre fournie par la station de recharge.
- en particulier, (i) le filtre passe-bas de sortie comporte un quatrième inducteur reliant la ligne de référence continue et la deuxième ligne d’amplification du chargeur embarqué, prise entre le circuit de correction et le convertisseur isolé, (ii) le quatrième commutateur est placé en dérivation du convertisseur isolé, entre le quatrième inducteur du filtre passe-bas de sortie et la deuxième ligne d’amplification du chargeur embarqué, prise entre le circuit de correction et le convertisseur isolé, (iii) le cinquième commutateur est situé dans une position intermédiaire entre un filtre passe-bas d’entrée et la station de recharge ;
- dans ce mode de réalisation, le cinquième commutateur est configuré pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre la ligne de référence continue et une ligne de neutre fournie par la station de recharge, le filtre passe-bas de sortie comporte un quatrième inducteur reliant la ligne de référence continue et la deuxième ligne d’amplification du chargeur embarqué, prise entre le circuit de correction et le convertisseur isolé, le quatrième commutateur est placé en dérivation du convertisseur isolé, entre le quatrième inducteur du filtre passe-bas de sortie et la deuxième ligne d’amplification du chargeur embarqué, prise entre le circuit de correction et le convertisseur isolé, le cinquième commutateur est situé dans une position intermédiaire entre un filtre passe-bas d’entrée et la station de recharge ;
- en particulier, dans ce mode de réalisation, le quatrième commutateur est logé dans le convertisseur isolé et/ou le cinquième commutateur est logé en dehors du chargeur embarqué.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un procédé de pilotage d’un ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements, dans lequel une fréquence de travail du chargeur embarqué est supérieure à 200 kHz, préférentiellement comprise entre 200 kHz et 500 kHz.
Dans le contexte de la présente invention, la fréquence de travail est celle du convertisseur isolé, et plus particulièrement encore, celle du pont de puissance primaire.
Selon un troisième aspect de l’invention, il est proposé un véhicule automobile 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 :
illustre un premier exemple de réalisation de l’ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention ;
illustre un deuxième exemple de réalisation de l’ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention;
illustre un troisième exemple de réalisation de l’ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention;
illustre un quatrième exemple de réalisation de l’ensemble de recharge conforme au premier aspect de l’invention.
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 à 4, l’ensemble de recharge 20 selon l’invention permet d’établir une connexion électrique avec une station de recharge 19 externe au véhicule électrique auquel l’ensemble de recharge 20 est associé. La connexion électrique établie est définie au travers de l’ensemble de recharge 20 parmi plusieurs chemins de couplage. Parmi ces chemins de couplage, on distingue notamment :
- un premier chemin de couplage permettant de charger une batterie électrique de traction 4 à l’aide d’une tension continue fournie par un réseau électrique continu 2 mis à disposition par la station de recharge 19. Ce type de recharge est appelée recharge rapide ;
- un deuxième chemin de couplage permettant de charger la batterie électrique de traction 4 à l’aide d’une tension alternative fournie par un réseau électrique alternatif 1 mis à disposition par la station de recharge 19. Ce type de recharge est appelée recharge lente.
Dans les exemples visibles sur les FIGURES, un tel ensemble de recharge 20 comporte :
- la batterie électrique de traction 4 ;
- un chargeur embarqué 3 relié, d’une part, au réseau électrique alternatif 1 et au réseau électrique continu 2 fourni par la station de recharge 19 et, d’autre part, à la batterie électrique de traction 4, le chargeur embarqué 3 étant configuré pour pouvoir transformer en une haute tension continue HV+, HV- la tension alternative fournie par ledit réseau électrique alternatif 1 ou la tension continue fournie par le réseau électrique continu 2 afin d’alimenter ladite batterie électrique de traction 4 avec la haute tension continue HV+, HV- ainsi transformée ;
- un dispositif de commutation comportant un ou plusieurs commutateurs 5, 6, 10, 11, 15, 16, 17 configurés pour établir une liaison électrique ou isoler électriquement certaines parties du chargeur embarqué 3 et/ou de l’ensemble de recharge 20, de sorte à pouvoir établir l’un des chemins de couplage électrique entre la station de recharge 19 et la batterie électrique de traction 4. En particulier, le dispositif de commutation est configuré pour utiliser simultanément le circuit de correction 8 et le convertisseur isolé 12 pour charger la batterie électrique de traction 4.
Dans les exemples de réalisation illustrés sur les FIGURES, la station de recharge 19 permet d’alimenter le chargeur embarqué 3 en une tension continue ou une tension alternative.
La tension alternative est fournie par le réseau électrique alternatif 1 de type monophasé ou multi-phasé, permettant à la station de recharge 19 de délivrer à l’ensemble de recharge 20 au moins une tension alternative. Plus particulièrement, le réseau électrique alternatif 1 comporte par exemple une première ligne de phase électrique P1 et/ou une deuxième ligne de phase électrique P2 et/ou une troisième ligne de phase électrique P3 et/ou une ligne de neutre N.
La tension continue est fournie par le réseau électrique continu 2, permettant à la station de recharge 19 de délivrer à l’ensemble de recharge 20 une tension continue par exemple égale ou sensiblement égale à 400 V ou 800 V. Plus particulièrement, le réseau électrique continu 2 comporte une ligne de haute tension positive DC+ et une ligne de référence continue DC-.
De manière avantageuse, la station de recharge 19 est connectée électriquement à un dispositif de connexion électrique permettant de raccorder l’ensemble de recharge 20 électrique à la station de recharge 19, soit au travers du réseau électrique alternatif 1, soit au travers du réseau électrique continu 2.
Les commutateurs 5, 6, 10, 11, 15, 16, 17 du dispositif de commutation sont choisis parmi ceux du type d’un relais mécanique ou d’un transistor. En particulier, lorsque l’un des commutateur est du type d’un transistor, alors il est préférentiellement du type d’un transistor bipolaire à grille isolée ou d’un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde. Bien entendu, tous les commutateurs 5, 6, 10, 11, 15, 16, 17 formant le dispositif de commutation peuvent être du type d’un transistor, ou tous les commutateurs 5, 6, 10, 11, 15, 16, 17 formant le dispositif de commutation peuvent être du type d’un relais mécanique, ou une première partie des commutateurs 5, 6, 10, 11, 15, 16, 17 formant le dispositif de commutation peuvent être du type d’un transistor et une deuxième parie des commutateurs 5, 6, 10, 11, 15, 16, 17 formant le dispositif de commutation peuvent être du type d’un relais mécanique.
Plus particulièrement, dans les exemples de réalisation illustrés sur les FIGURES le chargeur embarqué 3 comporte :
- un filtre passe-bas d’entrée 7 configuré pour atténuer les variations hautes fréquence de courant alternatif ou de tension alternative, c’est-à-dire celles qui sont supérieures à une valeur seuil caractéristique du filtre passe-bas d’entrée 7. Le filtre passe-bas d’entrée 7 est relié électriquement à la station de recharge 19 via le dispositif de connexion électrique, non représenté sur les FIGURES ;
- un circuit de correction 8 configuré pour pouvoir modifier une phase et/ou une forme de la tension alternative fournie par le réseau électrique alternatif 1 via la station de recharge 19 afin d’optimiser le fonctionnement de l’ensemble de recharge 20 conforme au premier aspect de l’invention et son couplage électrique à ladite station de recharge 19. Complémentairement ou alternativement, le circuit de correction 8 comporte un convertisseur de tension alternative en une tension continue, permettant ainsi de convertir la tension alternative fournie par le réseau électrique alternatif 1 via la station de recharge 19 en une haute tension continue HV+, HV- nécessaire à la recharge de la batterie électrique de traction 4. A titre d’exemple non limitatif, le circuit de correction 8 comporte ainsi un redresseur 81 permettant de redresser chacune des au moins une ligne de phase électrique fournie par la station de recharge 19. Le circuit de correction 8 est placé en parallèle du filtre passe-bas d’entrée 7, de sorte que le filtre passe-bas d’entrée 7 est situé dans une position intermédiaire entre la station de recharge 19 et ledit circuit de correction 8 ;
- un connecteur de courant continu 9 connecté en parallèle du circuit de correction 8, de sorte que le circuit de correction 8 est situé dans une position intermédiaire entre le filtre passe-bas d’entrée 7 et le filtre capacitif 9 ;
- un convertisseur isolé 12 configuré pour transformer, c’est-à-dire atténuer ou, préférentiellement, amplifier une tension continue en une haute tension continue HV+, HV- permettant de charger la batterie électrique de traction 4. De manière avantageuse, le convertisseur isolé 12 comporte un transformateur 13 piloté par un pont de puissance primaire 13P raccordé à un enroulement primaire du transformateur 13, et par un pont de puissance secondaire 13S raccordé à un enroulement secondaire dudit transformateur 13. Le convertisseur isolé 12 est placé en parallèle du filtre capacitif 9, de sorte que le connecteur de courant continu 9 est situé dans une position intermédiaire entre le circuit de correction 8 et le convertisseur isolé 12 ;
- un filtre passe-bas de sortie 14 configuré pour atténuer les variations hautes fréquence de la haute tension continue HV+, HV- sortant du chargeur embarqué 3 et entrant dans la batterie électrique de traction 4, c’est-à-dire celles qui sont supérieures à une valeur seuil caractéristique du filtre passe-bas d’entrée 7. Le filtre passe-bas de sortie 14 est placé en parallèle du convertisseur isolé 12, de sorte que le convertisseur isolé 12 est situé dans une position intermédiaire entre le filtre capacitif 9 et le filtre passe-bas de sortie 14. En outre, le filtre passe-bas de sortie 14 est situé dans une position intermédiaire entre le convertisseur isolé 12 et la batterie électrique de traction 4.
Comme visible sur les FIGURES, le filtre passe-bas d’entrée 7 comporte une première inductance LE1, une deuxième inductance LE2, une troisième inductance LE3 et éventuellement une quatrième inductance LE4 reliant respectivement la première ligne de phase électrique P1, la deuxième ligne de phase électrique P2, la troisième ligne de phase électrique P3, et éventuellement la quatrième ligne de phase électrique au circuit de correction 8.
Le redresseur 81 du circuit de correction 8 comporte un pont de transistor qui redresse chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3 et, le cas échéant, la ligne de de neutre afin de convertir une tension alternative fournie par chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3 en une haute tension continue HV+, HV- permettant de recharger la batterie électrique de traction 4.
Le filtre capacitif 9 comporte notamment une capacité qui s’étend en parallèle du circuit de correction 8.
Le pont de puissance primaire 13P du convertisseur isolé 12 comporte :
- une première branche formée d’un premier transistor 131 et d’un deuxième transistor 132 reliés entre eux par leur borne drain et leur borne source et reliés en outre, au niveau de ces bornes B+, B- reliées entre elles, à l’une des bornes B+, B- de l’enroulement primaire du transformateur 13 ; et
- une deuxième branche formée d’un troisième transistor 133 et d’un quatrième transistor 134 reliés entre eux par leur borne drain et leur borne source et reliés en outre, au niveau de ces bornes B+, B- reliées entre elles, à l’autre des bornes B+, B- de l’enroulement primaire du transformateur 13.
Le transformateur 13 du convertisseur isolé 12 comporte préférentiellement un rapport d’enroulement égal à 1. Eventuellement, le rapport d’enroulement du transformateur 13 peut être adaptatif en fonction des besoins de transformation du convertisseur isolé 12.
Le pont de puissance secondaire 13S du convertisseur isolé 12 comporte :
- une première branche formée de deux transistors reliés entre eux par leur borne drain et leur borne source et reliés en outre, au niveau de ces bornes B+, B- reliées entre elles, à l’une des bornes B+, B- de l’enroulement secondaire du transformateur 13 ; et
- une deuxième branche formée de deux transistors reliés entre eux par leur borne drain et leur borne source et reliés en outre, au niveau de ces bornes B+, B- reliées entre elles, à l’autre des bornes B+, B- de l’enroulement secondaire du transformateur 13.
Le pilotage du transformateur 13, du pont de puissance primaire 13P et du pont de puissance secondaire 13S permet ainsi de réaliser la transformation DC/DC afin de produire, en sortie du convertisseur isolé 12, la haute tension continue HV+, HV- nécessaire au rechargement de la batterie électrique de traction 4.
Comme visible sur les FIGURES, le filtre passe-bas de sortie 14 comporte :
- un premier inducteur LS1 reliant le convertisseur isolé 12 à la première ligne de haute tension HV+ alimentant la borne positive B+ de la batterie électrique de traction 4 ;
- un deuxième inducteur LS2 reliant le convertisseur isolé 12 à la deuxième ligne de haute tension HV- alimentant la borne négative B- de la batterie électrique de traction 4 ;
- un troisième inducteur LS3 reliant la ligne de haute tension positive DC+ fournie par la station de recharge 19 au filtre capacitif 9 ; et éventuellement,
- un quatrième inducteur LS4 reliant la deuxième ligne de haute tension HV- alimentant la borne négative B- de la batterie électrique de traction 4 au filtre capacitif 9.
Complémentairement, la présente invention prévoit en outre d’incorporer dans le dispositif de commutation de l’ensemble de recharge 20 tel que décrit ci-dessus un ou plusieurs commutateurs 5, 6, 10, 11, 15, 16, 17 permettant d’établir une connexion électrique entre la batterie électrique de traction 4 et la station de recharge 19 selon un chemin de couplage prédéterminé et en vue d’utiliser simultanément le circuit de correction 8 et le convertisseur isolé 12 pour charger la batterie électrique de traction 4. Les FIGURES illustrent plusieurs exemples de réalisation de l’ensemble de recharge 20, dans lesquels des variations du dispositif de commutation sont proposées.
Dans les FIGURES 1 à 4, le dispositif de commutation comporte :
- un premier commutateur 5 configuré pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre la ligne de haute tension positive DC+ fournie par le réseau électrique continu 2 de la station de recharge 19 et la borne positive B+ de la batterie électrique de traction 4 ;
- un deuxième commutateur 6 configuré pour établir la liaison électrique ou une isolation électrique entre une ligne de référence continue DC- fournie par le réseau électrique continu 2 de la station de recharge 19 et la borne négative B- de la batterie électrique de traction 4 ;
- un troisième commutateur 15 et un quatrième commutateur 11 permettant d’établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre le réseau électrique continu 2 et le pont de puissance primaire 13P du transformateur 13 du convertisseur isolé 12 du chargeur embarqué 3. En particulier, le troisième commutateur 15 établit une liaison électrique ou une isolation électrique entre la ligne de haute tension positive DC+ et une première ligne d’amplification A1 du chargeur embarqué 3, et le quatrième commutateur 11 établit une liaison électrique ou une isolation électrique entre la deuxième ligne de haute tension HV- et une deuxième ligne d’amplification A2 du chargeur embarqué 3 ;
- un cinquième commutateur 17 configuré pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre la ligne de haute tension positive DC+ et chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3. En particulier, le cinquième commutateur 17 est configuré pour piloter sélectivement une liaison électrique ou une isolation sur chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3. A cet effet, le cinquième commutateur 17 comporte avantageusement un ou plusieurs interrupteurs, pris en nombre égal au nombre de lignes de phase électrique P1, P2, P3, chaque ligne de phase électrique étant reliée à l’un des interrupteurs du cinquième commutateur 17 ;
- un sixième commutateur 10 configuré pour établir ouvrir ou fermer la première ligne d’amplification A1 du chargeur embarqué 3, prise entre le circuit de correction 8 et le convertisseur isolé 12 ; et
- un septième commutateur 16 configuré pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre la première ligne d’amplification A1 du chargeur, prise entre le circuit de correction 8 et le troisième commutateur 15, et le pont de puissance secondaire 13S du convertisseur isolé 12 du chargeur embarqué 3.
Dans les FIGURES 1 à 4, le troisième commutateur 15 est avantageusement embarqué et logé dans le filtre capacitif 9. Une première borne du troisième commutateur 15 est connectée au troisième inducteur LS3 du filtre passe-bas de sortie 14, et une deuxième borne dudit troisième commutateur 15 est connectée à la première ligne d’amplification A1 du chargeur embarqué 3, prise au niveau du filtre capacitif 9.
Dans les FIGURES 1 à 4, le sixième commutateur 10 est avantageusement embarqué et logé dans le chargeur embarqué 3, et plus particulièrement dans le filtre capacitif 9. Une première borne du sixième commutateur 10 est connectée à la deuxième borne du troisième commutateur 15, et une deuxième borne du sixième commutateur 10 est reliée à une première borne du septième commutateur 16. En d’autres termes, la deuxième borne du troisième commutateur 15 est reliée à un point de connexion intermédiaire entre la première borne du sixième commutateur 10 et le pont de puissance primaire 13P du convertisseur isolé 12.
Dans les FIGURES 1 à 4, le septième commutateur 16 est avantageusement embarqué et logé dans le chargeur embarqué 3. La première borne du septième commutateur 16 est connectée à la deuxième borne du sixième commutateur 10, et une deuxième borne du septième commutateur 16 est reliée à une première borne du septième commutateur 16.
Les FIGURES 1 à 4 illustrent plusieurs modes de réalisation de l’ensemble de recharge 20, qui vont maintenant être décrites dans leurs particularités.
Dans l’exemple de réalisation illustré sur la :
- le filtre passe-bas de sortie 14 comporte le quatrième inducteur LS4 reliant, d’une part, la ligne de référence continue DC- et la deuxième ligne de haute tension HV- et, d’autre part, le quatrième commutateur 11. Le quatrième commutateur 11 est placé en dérivation du convertisseur isolé 12, entre le quatrième inducteur LS4 du filtre passe-bas de sortie 14 et la deuxième ligne d’amplification A2 du chargeur embarqué 3, prise entre le circuit de correction 8 et le convertisseur isolé 12. Ainsi, une première borne du quatrième commutateur 11 est connectée au quatrième inducteur LS4 du filtre passe-bas de sortie 14, et une deuxième borne dudit quatrième commutateur 11 est connectée à la deuxième ligne d’amplification A2 du chargeur embarqué 3, et plus particulièrement entre le pont de puissance primaire 13P du transformateur 13 du convertisseur isolé 12 et le circuit de correction 8 du chargeur embarqué 3. Le quatrième commutateur 11 est avantageusement logé dans le chargeur embarqué 3, en dehors du convertisseur isolé 12 ;
- le cinquième commutateur 17 est situé dans une position intermédiaire entre le filtre passe-bas d’entrée 7 et le circuit de correction 8, de sorte qu’un point de connexion dudit cinquième commutateur 17 avec chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3 est situé entre le filtre passe-bas d’entrée 7 et le circuit de correction 8. En particulier, une première borne du cinquième commutateur 17 est connectée au troisième inducteur LS3 du filtre passe-bas de sortie 14, et une deuxième borne dudit cinquième commutateur 17 est connectée à chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3. Ainsi, le cinquième commutateur 17 permet d’établir ou de désactiver une connexion électrique entre, d’une part, la ligne de haute tension positive DC+ fournie par la station de recharge 19 via le réseau électrique continu 2 et, d’autre part, chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3. Par ailleurs, la première borne du cinquième commutateur 17 est reliée électriquement à la première borne du troisième commutateur 15. Le cinquième commutateur 17 est alors avantageusement logé dans le chargeur embarqué 3 ;
Dans l’exemple de réalisation illustré sur la :
- le filtre passe-bas de sortie 14 ne comporte que le premier inducteur LS1, le deuxième inducteur LS2 et le troisième inducteur LS3. Le quatrième commutateur 11 est alors placé en dérivation directe du transformateur 13 du convertisseur isolé 12, sur la deuxième ligne d’amplification A2 du chargeur embarqué 3, de sorte qu’une première borne du quatrième commutateur 11 est connectée au pont de puissance primaire 13P du convertisseur isolé 12 et une deuxième borne dudit quatrième commutateur 11 est connectée au pont de puissance secondaire 13S dudit convertisseur isolé 12, dans le prolongement direct du troisième inducteur LS3 du filtre passe-bas de sortie 14. Le quatrième commutateur 11 est alors avantageusement logé dans le convertisseur isolé 12 ;
- le cinquième commutateur 17 est situé dans une position intermédiaire entre le filtre passe-bas d’entrée 7 et le circuit de correction 8, de sorte qu’un point de connexion dudit cinquième commutateur 17 avec chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3 est situé entre le filtre passe-bas d’entrée 7 et le circuit de correction 8. En particulier, une première borne du cinquième commutateur 17 est connectée au troisième inducteur LS3 du filtre passe-bas de sortie 14, et une deuxième borne dudit cinquième commutateur 17 est connectée à chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3. Ainsi, le cinquième commutateur 17 permet d’établir ou de désactiver une connexion électrique entre, d’une part, la ligne de haute tension positive DC+ fournie par la station de recharge 19 via le réseau électrique continu 2 et, d’autre part, chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3. Par ailleurs, la première borne du cinquième commutateur 17 est reliée électriquement à la première borne du troisième commutateur 15. Le cinquième commutateur 17 est alors avantageusement logé dans le chargeur embarqué 3.
Dans l’exemple de réalisation illustré sur la :
- le filtre passe-bas de sortie 14 ne comporte que le premier inducteur LS1, le deuxième inducteur LS2 et le troisième inducteur LS3. Le quatrième commutateur 11 est alors placé en dérivation directe du transformateur 13 du convertisseur isolé 12, sur la deuxième ligne d’amplification A2 du chargeur embarqué 3, de sorte qu’une première borne du quatrième commutateur 11 est connectée au pont de puissance primaire 13P du convertisseur isolé 12 et une deuxième borne dudit quatrième commutateur 11 est connectée au pont de puissance secondaire 13S dudit convertisseur isolé 12, dans le prolongement direct du troisième inducteur LS3 du filtre passe-bas de sortie 14. Le quatrième commutateur 11 est alors avantageusement logé dans le convertisseur isolé 12 ;
- le cinquième commutateur 17 est situé dans une position intermédiaire entre la station de recharge 19 et le filtre passe-bas d’entrée 7, de sorte qu’un point de connexion dudit cinquième commutateur 17 avec chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3 est situé entre ladite station de recharge 19 et ledit filtre passe-bas d’entrée 7. En particulier, une première borne du cinquième commutateur 17 est connectée à la ligne de haute tension continue HV+, HV-, et une deuxième borne dudit cinquième commutateur 17 est connectée à chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3. Ainsi, le cinquième commutateur 17 permet d’établir ou de désactiver une connexion électrique entre, d’une part, la ligne de haute tension positive DC+ fournie par la station de recharge 19 via le réseau électrique continu 2 et, d’autre part, chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3. Le cinquième commutateur 17 est alors avantageusement logé en dehors du chargeur embarqué 3, éventuellement dans le dispositif de connexion.
Dans l’exemple de réalisation illustré sur la :
- le filtre passe-bas de sortie 14 comporte le quatrième inducteur LS4 reliant, d’une part, la ligne de référence continue DC- et la deuxième ligne de haute tension HV- et, d’autre part, le quatrième commutateur 11. Ainsi, une première borne du quatrième commutateur 11 est connectée au quatrième inducteur LS4 du filtre passe-bas de sortie 14, et une deuxième borne dudit quatrième commutateur 11 est connectée à la deuxième ligne d’amplification A2 du chargeur embarqué 3, et plus particulièrement entre le pont de puissance primaire 13P du transformateur 13 du convertisseur isolé 12 et le circuit de correction 8 du chargeur embarqué 3. Le quatrième commutateur 11 est avantageusement logé dans le chargeur embarqué 3, en dehors du convertisseur isolé 12 ;
- le cinquième commutateur 17 est situé dans une position intermédiaire entre la station de recharge 19 et le filtre passe-bas d’entrée 7, de sorte qu’un point de connexion dudit cinquième commutateur 17 avec chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3 est situé entre ladite station de recharge 19 et ledit filtre passe-bas d’entrée 7. En outre, le cinquième commutateur 17 est configuré pour permettre d’établir ou de désactiver une connexion électrique entre la ligne de référence continue DC- et une ligne de neutre N fournie par la station de recharge 19. En particulier, pour la partie du cinquième commutateur 17 associée aux lignes de phase électrique P1, P2, P3, une première borne du cinquième commutateur 17 est connectée à la ligne de haute tension positive DC+, et une deuxième borne dudit cinquième commutateur 17 est connectée à chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3 ; et pour la partie du cinquième commutateur 17 associée à la ligne de neutre N, une première borne du cinquième commutateur 17 est connectée à la ligne de référence continue DC-, et une deuxième borne dudit cinquième commutateur 17 est connectée à la ligne de neutre N. Ainsi, le cinquième commutateur 17 permet d’établir ou de désactiver une connexion électrique entre, d’une part, le réseau électrique continu 2 et, d’autre part, chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3 et la ligne de neutre N. Le cinquième commutateur 17 est alors avantageusement logé en dehors du chargeur embarqué 3, éventuellement dans le dispositif de connexion ;
- le filtre passe-bas d’entrée 7 comporte une quatrième inductance LE4 permettant de relier la ligne de neutre N au circuit de correction 8. Le circuit de correction 8 comporte alors un redresseur 81 formé de deux transistors reliés entre eux par leurs bornes B+, B- drain et source, de manière comparable à ceux mis en œuvre pour chacune des lignes de phase électrique P1, P2, P3.
Dans les paragraphes suivant, la recharge rapide de la batterie électrique de traction 4 va maintenant être expliquée au regard de la présente invention. pour rappel, la recharge rapide de la batterie électrique de traction 4 est assurée par le réseau électrique continu 2 fourni par la station de recharge 19.
Selon un premier mode de recharge, on souhaite réaliser une charge rapide de la batterie électrique de traction 4 à l’aide uniquement du réseau électrique continu 2. Ce premier mode de recharge est particulièrement adapté si on souhaite recharger une batterie électrique de traction 4 800V avec une station de recharge 19 du type 400V.
Pour ce faire, le réseau électrique alternatif 1 de la station de recharge 19 est déconnecté de l’ensemble de recharge 20. En outre, le premier commutateur 5 est configuré dans son état ouvert et le deuxième commutateur 6 est configuré dans son état fermé. Enfin, le troisième commutateur 15 et le quatrième commutateur 11 sont configurés dans leur état fermé de manière à relier électriquement le filtre capacitif 9 au réseau électrique continu 2 fourni par la station de recharge 19, via la ligne de haute tension positive DC+ et la ligne de référence continue DC-. Ainsi, le convertisseur isolé 12 est correctement alimenté en énergie électrique, via le réseau électrique continu 2 fourni par la station de recharge 19, via la ligne de haute tension positive DC+ et la ligne de référence continue DC-.
En fonction du type de station de recharge 19, une tension continue de 400V ou 800V est ainsi amenée aux bornes B+, B- du pont de puissance primaire 13P du convertisseur isolé 12. Consécutivement, il est possible de faire fonctionner le convertisseur isolé 12 à sa pleine puissance, par exemple 50 kW, ce qui est ainsi nettement supérieure à la puissance de fonctionnement dudit convertisseur isolé 12 lorsque ce dernier est utilisé lors d’une charge lente au travers du réseau électrique alternatif 1, généralement comprise entre 11 kW et 22 kW.
Selon un deuxième mode de recharge, on souhaite utiliser simultanément le circuit de correction 8 et le convertisseur isolé 12 pour recharger la batterie électrique de traction 4 au travers du chargeur embarqué 3. Pour ce faire, le réseau électrique alternatif 1 de la station de recharge 19 est déconnecté de l’ensemble de recharge 20. En outre, le premier commutateur 5 est configuré dans son état ouvert et le deuxième commutateur 6 est configuré dans son état fermé. Enfin, le troisième commutateur 15, le quatrième commutateur 11 et le cinquième commutateur 17 sont configurés dans leur état fermé de manière à relier électriquement simultanément le convertisseur isolé 12 et le circuit de correction 8 au réseau électrique continu 2 fourni par la station de recharge 19, via la ligne de haute tension positive DC+ et la ligne de référence continue DC-.
Ainsi, le convertisseur isolé 12 est correctement alimenté en énergie électrique, via le réseau électrique continu 2 fourni par la station de recharge 19 et via la ligne de haute tension positive DC+ et la ligne de référence continue DC-. De même, le circuit de correction 8 est correctement alimenté en énergie électrique, via le réseau électrique continu 2 fourni par la station de recharge 19 et via la ligne de haute tension positive DC+ et la ligne de référence continue DC-. Par conséquent, le circuit de correction 8 et le convertisseur isolé 12 transforment le réseau électrique haute tension de manière à produire ensemble une haute tension continue HV+, HV- aux bornes B+, B- de la batterie électrique haute tension : le circuit de correction 8 fournit une puissance de 22KW directement à la batterie électrique de traction 4 et le convertisseur isolé 12 fournit quant à lui une puissance de 28KW à ladite batterie électrique de traction 4. Ainsi, la puissance développée par le chargeur embarqué 3 est alors de 50 KW et permet ainsi de recharger une batterie électrique de traction 4 de type 800 V avec une station de recharge 19 de type 400 V.
Si la batterie électrique de traction 4 est une batterie électrique 800 V et la station de recharge 19 est configurée pour délivrer, en charge rapide, une tension continue de 400 V entre la ligne de haute tension positive DC+ et la ligne de référence continue DC-, alors le pont de puissance primaire 13P est piloté de manière à ce qu’il fonctionne comme un pont complet. Dans ce cas, la tension de 400V en sortie du pont de puissance primaire 13P est ensuite transformée par le transformateur 13, et au travers de son rapport d’enroulement de 2, de manière telle que, au niveau du pont de puissance secondaire 13S du convertisseur isolé 12, on trouve bien une tension de 800V.
Ainsi, la tension ainsi transformée par le convertisseur isolé 12 et celle transformée par le circuit de correction 8 permettent ensemble de recharge 20r plus efficacement la batterie électrique de traction 4.
En revanche, si la station de recharge 19 est configurée pour délivrer, en charge rapide, une tension continue de 800V entre la ligne de haute tension positive DC+ et la ligne de référence continue DC-, alors il n’est pas nécessaire d’utiliser simultanément le circuit de correction 8 et le convertisseur isolé 12. Par conséquent le troisième commutateur 15 est configuré dans son état ouvert de manière à déconnecter le circuit de correction 8 du réseau électrique continu 2.
Par la suite, si la batterie électrique de traction 4 est une batterie électrique 400 V, alors le pont de puissance primaire 13P est piloté de manière à ce qu’il fonctionne comme un demi-pont. Dans ce cas, la tension de 800V alimentant le pont de puissance primaire 13P est divisée par 2 par ledit pont de puissance primaire 13P de sorte à ce que, en sortie dudit pont de puissance primaire 13P, une tension de 400V puisse ensuite être transformée par le transformateur 13, et au travers d’un rapport d’enroulement ajusté à 1, de manière telle que, au niveau du pont de puissance secondaire 13S du convertisseur isolé 12, on trouve bien aux bornes B+, B- de la batterie électrique de traction 4 une tension de 400V. En revanche, si la batterie électrique de traction 4 est une batterie électrique 800 V, alors le pont de puissance primaire 13P est piloté de manière à ce qu’il fonctionne comme un demi-pont. Dans ce cas, la tension de 800V alimentant le pont de puissance primaire 13P est divisée par 2 par ledit pont de puissance primaire 13P de sorte à ce que, en sortie dudit pont de puissance primaire 13P, une tension de 400V puisse ensuite être transformée par le transformateur 13, et au travers d’un rapport d’enroulement de 0,5, de manière telle que, au niveau du pont de puissance secondaire 13S du convertisseur isolé 12, on trouve bien aux bornes B+, B- de la batterie électrique de traction 4 une tension de 800V.
Dans l’un ou l’autre des modes de recharge, une fréquence de travail du chargeur embarqué 3, et plus particulièrement celle du convertisseur isolé 12, et plus particulièrement encore, celle du pont de puissance primaire 13P, est supérieure à 200 kHz, voire comprise entre 200 kHz et 500 kHz.
Il est ainsi possible de charger n’importe quel type de batterie électrique de traction 4 avec n’importe quel type de station de recharge 19.
En synthèse, l’invention concerne un ensemble de recharge 20 d’une batterie électrique de traction 4 par une station de recharge 19 fournissant un réseau électrique continu 2 et un réseau électrique alternatif 1 multi-phasé, l’ensemble de recharge 20 comportant (i) la batterie électrique de traction 4, (ii) un chargeur embarqué 3 relié, d’une part, au réseau électrique alternatif 1 et au réseau électrique continu 2 fourni par la station de recharge 19 et, d’autre part, à la batterie électrique de traction 4, le chargeur embarqué 3 étant configuré pour pouvoir transformer en une haute tension continue HV+, HV- une tension alternative fournie par ledit réseau électrique alternatif 1 ou une tension continue fournie par le réseau électrique continu 2 afin d’alimenter ladite batterie électrique de traction 4 avec la haute tension continue HV+, HV- ainsi transformée, et (iii) plusieurs commutateurs 5, 6, 10, 11, 15, 16, 17 électriques configurés pour pouvoir sélectionner un chemin de couplage électrique entre la station de recharge 19 et la batterie électrique de traction 4.
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)

  1. Ensemble de recharge (20) d’une batterie électrique de traction (4) d’un véhicule automobile par une station de recharge (19) fournissant un réseau électrique continu (1) et un réseau électrique alternatif (1) multi-phasé, l’ensemble de recharge (20) comportant :
    - la batterie électrique de traction (4) ;
    - un chargeur embarqué (3) relié, d’une part, au réseau électrique alternatif (2) et au réseau électrique continu (1) fourni par la station de recharge (19) et, d’autre part, à la batterie électrique de traction (4), le chargeur embarqué (3) étant configuré pour pouvoir transformer en une haute tension continue (HV+, HV-) une tension alternative fournie par ledit réseau électrique alternatif (1) ou une tension continue fournie par le réseau électrique continu (1) afin d’alimenter ladite batterie électrique de traction (4) avec la haute tension continue (HV+, HV-) ainsi transformée, le chargeur embarqué (3) comportant :
    - un circuit de correction (8) d’un facteur de puissance configuré notamment pour convertir la tension alternative fournie par le réseau électrique alternatif (2) via la station de recharge (19) en une haute tension continue (HV+, HV-) nécessaire à la recharge de la batterie électrique de traction (4), le circuit de correction (8) étant relié électriquement à des lignes de phase électrique (P1, P2, P3) dudit réseau électrique alternatif (1) ;
    - un convertisseur isolé (12) configuré pour convertir en haute tension continue (HV+, HV-) la tension continue fournie par le réseau électrique continu (1) via une ligne de haute tension positive (DC+) et une ligne de référence continue (DC-);
    - un filtre capacitif (9) situé dans une position intermédiaire entre le circuit de correction (8) et le convertisseur isolé (12) ;
    - un filtre passe-bas de sortie (14) situé dans une position intermédiaire entre le convertisseur isolé (12) et la batterie électrique de traction (4) ;
    caractérisé en ce que l’ensemble de recharge (20) comporte un dispositif de commutation configuré pour utiliser simultanément le circuit de correction (8) et le convertisseur isolé (12) pour charger la batterie électrique de traction (4).
  2. Ensemble de recharge (20) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de commutation est configuré pour relier la ligne de haute tension positive (DC+) à, d’une part, chacune des lignes de phase électrique (P1, P2, P3) et, d’autre part, le convertisseur isolé (12).
  3. Ensemble de recharge (20) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de commutation comporte :
    - un premier commutateur (5) configuré pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre une ligne de haute tension positive (DC+) fournie par le réseau électrique continu (1) de la station de recharge (19) et une borne positive (B+) de la batterie électrique de traction (4) ;
    - un deuxième commutateur (6) configuré pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre une ligne de référence continue (DC-) fournie par le réseau électrique continu (2) de la station de recharge (19) et une borne négative (B-) de la batterie électrique de traction (4) ;
    - un troisième commutateur (15) et un quatrième commutateur (11) configurés pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre le réseau électrique continu (1) et un pont de puissance primaire (13P) du convertisseur isolé (12) du chargeur embarqué (3) ;
    - un cinquième commutateur (17) configuré pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre la ligne de haute tension positive (DC+) et chacune des lignes de phase électrique (P1, P2, P3) ;
    - un sixième commutateur (10) configuré pour établir ouvrir ou fermer une première ligne d’amplification (A1) du chargeur embarqué (3), prise entre le circuit de correction (8) et le convertisseur isolé (12), et
    - un septième commutateur (16) configuré pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre la première ligne d’amplification (A1) du chargeur, prise entre le circuit de correction (8) et le troisième commutateur (15), et un pont de puissance secondaire (13S) du convertisseur isolé (12) du chargeur embarqué (3).
  4. Ensemble de recharge (20) selon la revendication 3, dans lequel le filtre passe-bas de sortie (14) comporte :
    - un premier inducteur (LS1) reliant le pont de puissance secondaire (13S) du convertisseur isolé (12) et la borne positive (B+) de la batterie électrique de traction (4) ;
    - un deuxième inducteur (LS2) reliant le pont de puissance secondaire (13S) du convertisseur isolé (12) et la borne négative (B-) de la batterie électrique de traction (4) ;
    - un troisième inducteur (LS3) reliant la ligne de haute tension positive (DC+) et le troisième commutateur (15) ;
    et dans lequel :
    - une deuxième borne du troisième commutateur (15) est reliée à une première borne du sixième commutateur (10) ;
    - une deuxième borne du sixième commutateur (10) est reliée à une première borne du septième commutateur (16) ;
    - une deuxième borne du septième commutateur (16) est reliée au premier inducteur (LS1) du filtre passe-bas de sortie (14).
  5. Ensemble de recharge (20) selon la revendication 4, dans lequel une première borne du troisième commutateur (15) et une première borne du cinquième commutateur (17) sont connectées au troisième inducteur (LS3) du filtre passe-bas de sortie (14), une deuxième borne dudit troisième commutateur (15) étant connectée à la première ligne d’amplification (A1) du chargeur embarqué (3), prise entre le circuit de correction (8) et le convertisseur isolé (12), et une deuxième borne dudit cinquième commutateur (17) étant connectée à chacune des lignes de phase électrique (P1, P2, P3).
  6. Ensemble de recharge (20) selon la revendication 5, dans lequel :
    - le filtre passe-bas de sortie (14) comporte un quatrième inducteur (LS4) reliant la ligne de référence continue (DC-) et la deuxième ligne d’amplification (A2) du chargeur embarqué (3), prise entre le circuit de correction (8) et le convertisseur isolé (12) ;
    - le quatrième commutateur (11) est placé en dérivation du convertisseur isolé (12), entre le quatrième inducteur (LS4) du filtre passe-bas de sortie (14) et la deuxième ligne d’amplification (A2) du chargeur embarqué (3), prise entre le circuit de correction (8) et le convertisseur isolé (12) ;
    - le cinquième commutateur (17) est situé dans une position intermédiaire entre un filtre passe-bas d’entrée (7) et le circuit de correction (8).
  7. Ensemble de recharge (20) selon la revendication 5, dans lequel :
    - le quatrième commutateur (11) est placé en dérivation du transformateur (13) du convertisseur isolé (12), sur la deuxième ligne d’amplification (A2) du chargeur embarqué (3) ;
    - le cinquième commutateur (17) est situé dans une position intermédiaire entre un filtre passe-bas d’entrée (7) du chargeur embarqué (3) et le circuit de correction (8).
  8. Ensemble de recharge (20) selon la revendication 4, dans lequel :
    - une première borne du cinquième commutateur (17) est connectée à la ligne de haute tension continue (HV+, HV-), une deuxième borne dudit cinquième commutateur (17) étant connectée à chacune des lignes de phase électrique (P1, P2, P3) ;
    - une première borne du troisième commutateur (15) est connectée au troisième inducteur (LS3) du filtre passe-bas de sortie (14), une deuxième borne dudit troisième commutateur (15) étant connectée à la première ligne d’amplification (A1) du chargeur embarqué (3), prise entre le circuit de correction (8) et le convertisseur isolé (12).
  9. Ensemble de recharge (20) selon la revendication 8, dans lequel :
    - le quatrième commutateur (11) est placé en dérivation du transformateur (13) du convertisseur isolé (12), sur la deuxième ligne d’amplification (A2) du chargeur embarqué (3) ;
    - le cinquième commutateur (17) est situé dans une position intermédiaire entre un filtre passe-bas d’entrée (7) du chargeur embarqué (3) et la station de recharge (19)
  10. Ensemble de recharge (20) selon la revendication 8, dans lequel
    - le cinquième commutateur (17) est configuré pour établir une liaison électrique ou une isolation électrique entre la ligne de référence continue (DC-) et une ligne de neutre (N) fournie par la station de recharge (19) ;
    - le filtre passe-bas de sortie (14) comporte un quatrième inducteur (LS4) reliant la ligne de référence continue (DC-) et la deuxième ligne d’amplification (A2) du chargeur embarqué (3), prise entre le circuit de correction (8) et le convertisseur isolé (12) ;
    - le quatrième commutateur (11) est placé en dérivation du convertisseur isolé (12), entre le quatrième inducteur (LS4) du filtre passe-bas de sortie (14) et la deuxième ligne d’amplification (A2) du chargeur embarqué (3), prise entre le circuit de correction (8) et le convertisseur isolé (12) ;
    - le cinquième commutateur (17) est situé dans une position intermédiaire entre un filtre passe-bas d’entrée (7) et la station de recharge (19).
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DE102016209898A1 (de) * 2016-06-06 2017-12-07 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbordnetz mit Wechselrichter, Energiespeicher, elektrischer Maschine und Gleichstrom-Übertragungsanschluss
US20200304026A1 (en) * 2019-03-20 2020-09-24 Atieva, Inc. Backward compatable battery dc charger and methods using an on-board charger
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