WO2012007683A1 - Chargeur pour une batterie d'alimentation d'un moteur d'entrainement d'un vehicule automobile - Google Patents

Chargeur pour une batterie d'alimentation d'un moteur d'entrainement d'un vehicule automobile Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a charger for a battery-type energy container on an electric motor vehicle. It also relates to a battery charging station equipped with at least one such energy container.
  • Some motor vehicles such as electric or hybrid vehicles, include a battery for powering an electric drive motor. Such a battery regularly requires its charge since it discharges during use.
  • the battery can be directly loaded on the motor vehicle, without disassembly.
  • the battery charging phases require a particular installation that fulfills not only the charging function but also other complementary functions.
  • the battery heats up strongly, especially if the charge is fast.
  • it is often advisable to put in place a device for cooling the battery so as not to exceed temperatures that could damage it.
  • the invention is concerned with optimizing the charging phases of motor vehicle training batteries.
  • the invention is based on a battery charger for driving a motor vehicle, comprising a high voltage electrical output adapted for charging a vehicle driving battery. automobile, characterized in that it comprises a thermal portion to create a cooling fluid of the charger and / or a battery.
  • the battery charger for training may further comprise an output adapted for communication with a computer of a battery.
  • It may also include a low voltage electrical output adapted for the power supply of a computer of a battery.
  • It may include a supervisor who implements the management of charging a battery, diagnosing a battery and cooling a battery.
  • It may comprise an Ethernet connector and / or a CAN network and driver connected to the supervisor and capable of being connected to the outside.
  • It may include an electrical input for its power supply.
  • It may include an AC / DC converter connected upstream to the electrical input and output to the low voltage electrical output.
  • It may include an I / O board connected to the output adapted for communication with a computer of a battery by various relays that it controls to acquire certain analog information, such as the voltage upstream of the charger and the air temperature Release.
  • the thermal portion for creating a coolant fluid of the charger and / or a battery may include a compressor, an air evaporator, a capillary expander, and an air condenser for implementing the heat pump function.
  • the battery charger for a motor vehicle may be in an integrated form in a single housing.
  • the housing may comprise all or part of the following components:
  • a first terminal for a first thermal connection of the type towards a hot condenser
  • the invention also relates to a battery management station for supplying a driving motor of a motor vehicle, characterized in that it comprises at least one charger as described above.
  • FIG. 1 represents a simplified perspective view of a battery charger according to an embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows the block diagram of the battery charger according to the embodiment of the invention.
  • the concept of the invention is based on a charger incorporating several functions in the same compact device, preferably within the same housing, to facilitate the implementation of a battery charging phase.
  • FIG. 1 illustrates such a loader 1, which is in the form of a housing 2 of parallelepiped shape, of size may be of the order of 100 X 50 X 100 centimeters.
  • this housing 2 groups in its interior volume the components necessary for the implementation of several functions necessary for charging a battery.
  • this housing 2 includes a first connector 3 forming an input for the needs of the charger.
  • This first connector can integrate a conventional power supply and an Ethernet connector for an Ethernet link.
  • It comprises a second connector 4 forming an output for a connection with a battery.
  • This second connector 4 may comprise a low voltage electrical connection for powering a computer, a high voltage electrical connection for implementing the battery charging function as such, and an analog connection for receiving data. drums.
  • the charger 1 further comprises a first terminal 5 for a first thermal connection, for example to a hot condenser, and a second terminal 6 for a second thermal connection, for example for cold air, in order to implement a function cooling the battery and / or the charger itself.
  • the charger incorporates some additional functions, not visible in Figure 1.
  • Figure 2 details the inputs and outputs mentioned above and represents the various functions integrated in the charger 1, according to the embodiment of the invention. Of course, alternatively, the different inputs and / or outputs of the charger 1 could be arranged differently on the housing 2.
  • the charger 1 comprises first a first part called "electrotechnical part".
  • the first connector 3 comprises a first conventional electrical connector 13 for supplying a first AC / DC converter 7 which outputs a voltage at 14 V and a second AC / DC converter 8 which outputs a voltage of 500 V.
  • a supervisor 9 is further connected by this first connector 3 to an Ethernet network by an Ethernet connector 12.
  • the second connector 4 thus comprises a first connector 14 for a 14 V power supply, connected to the first AC / DC converter 7, and a second connector 15 for a power supply to 500 V, connected to the second AC / DC converter 8, used for the charging function of the battery and delivering for this a power of about 35 Kw.
  • the supervisor 9 (in the form of a supervision card) is connected to an analog connector 16 of the second connector 4 via an I / O card 10 (analog and logic inputs / outputs).
  • the supervisor 9 is further connected to the other components 7, 8, 10 of the charger 1 by internal buses 1 1 and outwardly by a CAN network and driver 17 to communicate with a computer present in the battery.
  • the charger 1 comprises a second part called “thermal part", which implements the cooling function.
  • thermal part which implements the cooling function.
  • it comprises a compressor 20, an air evaporator 21, a capillary expander 22, and an air condenser 23 for implementing the cold generating heat pump function for the cooling functions of the charger 1 and / or a battery.
  • a first fan 24 evacuates the hot air and a second fan 25 circulates the cold air generated.
  • this non-reversible heat pump function used for the cooling function only, makes it possible to generate fresh air at a minimum of 5 ° C. and ventilated at 500 kg / h.
  • the high voltage electrical connection forms a 35 Kw charger to implement the charge of a battery. This load is done under the supervision of the supervisor 9.
  • the low-voltage power supply makes it possible to power a computer in a traction battery, for example 400V, as well as the other internal components of the charger such as the supervisor 9, the I / O card 10, the compressor 20, and so on.
  • the input / output card controls the various relays of the charger and allows to acquire some analog information, such as the voltage upstream of the charger, the temperature of the outlet air, under the control of the supervisor 9.
  • the heat pump type chiller type 2 Kw power, is used to cool the battery as to cool the electrotechnical part of the charger. For this, it operates under the control of the supervisor 9 which controls the set temperatures of the battery and the electrotechnical part of the charger.
  • the supervisor 9 controls all the functions implemented, as mentioned above. In summary, it can handle three major functions: charging and diagnosis of the battery and cooling. For this, the supervisor understands all material means (hardware) and software (software) for implementing a method of charging, diagnosing and cooling the battery.
  • the functions explained above can be similarly implemented by other technical means.
  • the cooling can be obtained by any other thermal system representing a means of forming cold.
  • the invention is not limited to the embodiment described and can incorporate simplified versions in which certain previous functions are removed, for example the cooling function for chargers found application in assembly plants, or in repair workshop.
  • the invention also relates to a battery charging station, using one or more chargers as described above.

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Abstract

Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile, comprenant une sortie électrique haute tension (15) adaptée pour la charge d'une batterie d'entraînement d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une partie thermique pour créer un fluide de refroidissement du chargeur et/ou d'une batterie.

Description

La présente invention se rapporte à un chargeur d'un conteneur d'énergie de type batterie sur un véhicule automobile électrique. Elle porte aussi sur une station de recharge de batterie équipée d'au moins un tel conteneur d'énergie.
Certains véhicules automobiles, comme les véhicules électriques ou hybrides, comprennent une batterie pour l'alimentation d'un moteur d'entraînement électrique. Une telle batterie nécessite régulièrement sa charge puisqu'elle se décharge lors de son utilisation.
Afin d'éviter une immobilisation du véhicule le temps de la recharge de la batterie, il peut se révéler intéressant d'échanger cette batterie lorsque son niveau d'énergie est faible contre une nouvelle batterie chargée. La batterie déchargée est alors rechargée pour une future utilisation. En variante, la batterie peut être directement chargée sur le véhicule automobile, sans démontage.
Dans tous les cas, les phases de charge de batterie exigent une installation particulière remplissant non seulement la fonction de charge mais aussi d'autres fonctions complémentaires. Par exemple, lors de la charge d'une batterie, elle s'échauffe fortement, d'autant plus si cette charge est rapide. Ainsi, il est souvent conseillé de mettre en place un dispositif de refroidissement de la batterie pour ne pas dépasser des températures risquant de l'endommager.
L'invention s'intéresse à l'optimisation des phases de charge des batteries d'entraînement de véhicules automobiles.
A cet effet, l'invention repose sur un chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile, comprenant une sortie électrique haute tension adaptée pour la charge d'une batterie d'entraînement d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une partie thermique pour créer un fluide de refroidissement du chargeur et/ou d'une batterie.
Le chargeur pour batterie d'entraînement peut comprendre en outre une sortie adaptée pour une communication avec un calculateur d'une batterie.
Il peut aussi comprendre une sortie électrique basse tension adaptée pour l'alimentation électrique d'un calculateur d'une batterie.
Il peut comprend un superviseur qui met en œuvre la gestion du chargement d'une batterie, le diagnostic d'une batterie et le refroidissement d'une batterie.
Il peut comprendre un connecteur Ethernet et/ou un réseau et driver CAN relié(s) au superviseur et apte(s) à sa liaison vers l'extérieur.
Il peut comprendre une entrée électrique pour son alimentation électrique.
Il peut comprendre un convertisseur AC/DC relié en amont à l'entrée électrique et en sortie à la sortie électrique basse tension.
Il peut comprendre une carte I/O reliée à la sortie adaptée pour une communication avec un calculateur d'une batterie par divers relais qu'elle pilote pour acquérir certaines informations analogiques, comme la tension en amont du chargeur et la température de l'air de sortie.
Il peut comprendre un premier convertisseur AC/DC, qui fournit en sortie une basse tension, un second convertisseur AC/DC, qui fournit en sortie une haute tension et une carte I/O, reliés à un superviseur qui les pilote par un bus interne. La partie thermique pour créer un fluide de refroidissement du chargeur et/ou d'une batterie peut comprendre un compresseur, un évaporateur à air, un détendeur capillaire, et un condenseur à air pour mettre en œuvre la fonction de pompe à chaleur.
Le chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile peut se présenter sous une forme intégrée dans un boîtier unique.
Le boîtier peut comprendre tout ou partie des composants suivants :
- une alimentation électrique classique ;
- un connecteur Ethernet pour une liaison Ethernet ;
- un connecteur électrique basse tension ;
- un connecteur électrique haute tension ;
- une liaison analogique ;
- une liaison de type réseau CAN ;
- une première borne pour une première liaison thermique, de type vers un condenseur chaud ;
- une seconde borne pour une seconde liaison thermique pour un fluide froid de refroidissement.
L'invention porte aussi sur une station de gestion de batteries d'alimentation d'un moteur d'entraînement d'un véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un chargeur tel que décrit précédemment.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
La figure 1 représente une vue simplifiée en perspective d'un chargeur de batterie selon un mode d'exécution de l'invention. La figure 2 représente le schéma fonctionnel du chargeur de batterie selon le mode d'exécution de l'invention.
Le concept de l'invention repose sur un chargeur intégrant plusieurs fonctions dans un même dispositif compact, de préférence au sein d'un même boîtier, afin de faciliter la mise en œuvre d'une phase de charge de batterie.
La figure 1 illustre un tel chargeur 1 , qui se présente sous la forme d'un boîtier 2 de forme parallélépipédique, de dimension pouvant être de l'ordre de 100 X 50 X 100 centimètres. Selon le concept de l'invention, ce boîtier 2 regroupe dans son volume intérieur les composants nécessaires à la mise en œuvre de plusieurs fonctions nécessaires pour la charge d'une batterie. Ainsi, il comprend une première connectique 3 formant une entrée pour les besoins du chargeur. Cette première connectique peut intégrer une alimentation électrique classique et un connecteur Ethernet pour une liaison Ethernet. Il comprend une seconde connectique 4 formant une sortie pour une liaison avec une batterie. Cette seconde connectique 4 peut comprendre une liaison électrique basse tension pour l'alimentation d'un calculateur, une liaison électrique haute tension pour la mise en œuvre de la fonction de charge de batterie en tant que telle, et une liaison analogique pour recevoir des données de la batterie. Le chargeur 1 comprend de plus une première borne 5 pour une première liaison thermique, par exemple vers un condenseur chaud, et une seconde borne 6 pour une seconde liaison thermique, par exemple pour de l'air froid, afin de mettre en œuvre une fonction de refroidissement de la batterie et/ou du chargeur lui-même. Enfin, le chargeur intègre certaines fonctions supplémentaires, non visibles sur la figure 1 . La figure 2 détaille les entrées et sorties mentionnées ci-dessus et représente les différentes fonctions intégrées au sein du chargeur 1 , selon le mode d'exécution de l'invention. Naturellement, en variante, les différentes entrées et/ou sorties du chargeur 1 pourraient être agencées différemment sur le boîtier 2.
Le chargeur 1 comprend d'abord une première partie dite « partie électrotechnique ». La première connectique 3 comprend un premier connecteur électrique 13 conventionnel pour alimenter un premier convertisseur AC/DC 7 qui fournit en sortie une tension à 14 V et un second convertisseur AC/DC 8 qui fournit en sortie une tension à 500 V. Un superviseur 9 est de plus relié par cette première connectique 3 à un réseau Ethernet par un connecteur Ethernet 12. La seconde connectique 4 comprend donc un premier connecteur 14 pour une alimentation électrique à 14 V, relié au premier convertisseur AC/DC 7, et un second connecteur 15 pour une alimentation électrique à 500 V, relié au second convertisseur AC/DC 8, utilisée pour la fonction de charge de la batterie et délivrant pour cela une puissance d'environ 35 Kw. Enfin, le superviseur 9 (sous forme de carte de supervision) est relié à une connectique analogique 16 de la seconde connectique 4 par l'intermédiaire d'une carte I/O 10 (entrées / sorties analogique et logique). Le superviseur 9 est de plus relié aux autres composants 7, 8, 10 du chargeur 1 par des bus internes 1 1 et vers l'extérieur par un réseau et driver CAN 17 pour communiquer avec un calculateur présent dans la batterie.
Le chargeur 1 comprend une seconde partie dite « partie thermique », qui met en œuvre la fonction de refroidissement. Pour cela, elle comprend un compresseur 20, un évaporateur à air 21 , un détendeur capillaire 22, et un condenseur à air 23 pour mettre en œuvre la fonction de pompe à chaleur générant du froid pour les fonctions de refroidissement du chargeur 1 et/ou d'une batterie. Un premier ventilateur 24 évacue l'air chaud et un second ventilateur 25 fait circuler l'air froid généré. Avantageusement, cette fonction de pompe à chaleur, non réversible, utilisée pour la fonction de refroidissement uniquement, permet de générer de l'air frais à 5 °C minimum et ventilé à 500 kg/h.
Le fonctionnement du chargeur 1 va maintenant être précisé.
La liaison électrique haute tension forme un chargeur de 35 Kw pour mettre en œuvre la charge d'une batterie. Cette charge se fait sous le pilotage du superviseur 9.
L'alimentation basse tension permet d'alimenter un calculateur dans une batterie de traction, par exemple de 400V, ainsi que les autres composants internes au chargeur comme le superviseur 9, la carte I/O 10, le compresseur 20, etc.
La carte entrées / sorties pilote les divers relais du chargeur et permet d'acquérir certaines informations analogiques, comme la tension en amont du chargeur, la température de l'air de sortie, sous le pilotage du superviseur 9.
Le refroidisseur de type pompe à chaleur, de type à puissance 2 Kw, est utilisé pour refroidir la batterie comme pour refroidir la partie électrotechnique du chargeur. Pour cela, il fonctionne sous le pilotage du superviseur 9 qui contrôle les températures de consigne de la batterie et de la partie électrotechnique du chargeur.
Enfin, le superviseur 9 contrôle toutes les fonctions mises en œuvre, tel que mentionné précédemment. En résumé, il permet de gérer trois grandes fonctions : le chargement et le diagnostic de la batterie et le refroidissement. Pour cela, le superviseur comprend tout moyen matériel (hardware) et logiciel (software) pour mettre en œuvre un procédé de chargement, de diagnostic et de refroidissement de la batterie.
Naturellement, les fonctions explicitées ci-dessus peuvent être mises en œuvre de manière similaire par d'autres moyens techniques. Ainsi, le refroidissement peut être obtenu par tout autre système thermique représentant un moyen de former du froid. De plus, l'invention ne se limite pas au mode d'exécution décrit et peut intégrer des versions simplifiées dans lesquelles certaines fonctions précédentes sont supprimées, par exemple la fonction de refroidissement pour des chargeurs trouvant application dans des usines d'assemblage, ou en atelier de réparation.
L'invention porte aussi sur une station de charge de batteries, utilisant un ou plusieurs chargeurs tel (s) que décrit(s) ci-dessus.
La solution de l'invention présente finalement les avantages suivants :
- elle permet d'optimiser la charge d'une batterie et de réduire les coûts impliqués ;
- elle permet une gestion optimale de l'énergie globale impliquée lors de la charge d'une batterie ;
- elle permet une grande simplicité et flexibilité pour l'organisation de la charge d'une batterie ;
- elle permet une maintenance plus facile et non bloquante en cas de panne.

Claims

Revendications
1 . Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile, comprenant une sortie électrique haute tension (15) adaptée pour la charge d'une batterie d'entraînement d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une partie thermique pour créer un fluide de refroidissement du chargeur et/ou d'une batterie.
2. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une sortie (16) adaptée pour une communication avec un calculateur d'une batterie.
3. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend une sortie électrique basse tension (14) adaptée pour l'alimentation électrique d'un calculateur d'une batterie.
4. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un superviseur (9) qui met en œuvre la gestion du chargement d'une batterie, le diagnostic d'une batterie et le refroidissement d'une batterie.
5. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un connecteur Ethernet (12) et/ou un réseau et driver CAN 17 relié(s) au superviseur (9) et apte(s) à sa liaison vers l'extérieur.
6. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une entrée électrique (13) pour son alimentation électrique.
7. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon les revendications 3 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur AC/DC (7) relié en amont à l'entrée électrique (13) et en sortie à la sortie électrique basse tension (14).
8. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une carte I/O (10) reliée à la sortie (16) adaptée pour une communication avec un calculateur d'une batterie par divers relais qu'elle pilote pour acquérir certaines informations analogiques, comme la tension en amont du chargeur et la température de l'air de sortie.
9. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un premier convertisseur AC/DC (7), qui fournit en sortie une basse tension, un second convertisseur AC/DC (8), qui fournit en sortie une haute tension et une carte I/O (10), reliés à un superviseur (9) qui les pilote par un bus interne (1 1 ).
10. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie thermique pour créer un fluide de refroidissement du chargeur et/ou d'une batterie comprend un compresseur (20), un évaporateur à air (21 ), un détendeur capillaire (22), et un condenseur à air (23) pour mettre en œuvre la fonction de pompe à chaleur.
1 1 . Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il se présente sous une forme intégrée dans un boîtier unique (2).
12. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le boîtier (2) comprend tout ou partie des composants suivants :
- une alimentation électrique classique (13) ;
- un connecteur Ethernet (12) pour une liaison Ethernet ;
- un connecteur électrique basse tension (14) ;
- un connecteur électrique haute tension (15) ;
- une liaison analogique (16) ;
- une liaison de type réseau CAN (17) ;
- une première borne (5) pour une première liaison thermique, de type vers un condenseur chaud ;
- une seconde borne (6) pour une seconde liaison thermique pour un fluide froid de refroidissement.
13. Station de gestion de batteries (2) d'alimentation d'un moteur d'entraînement (4) d'un véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un chargeur selon l'une des revendications précédentes.
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