WO2023041482A1 - Système électrique pour véhicule automobile - Google Patents

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WO2023041482A1
WO2023041482A1 PCT/EP2022/075271 EP2022075271W WO2023041482A1 WO 2023041482 A1 WO2023041482 A1 WO 2023041482A1 EP 2022075271 W EP2022075271 W EP 2022075271W WO 2023041482 A1 WO2023041482 A1 WO 2023041482A1
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WO
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voltage
converter
frequency
battery
control signal
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Application number
PCT/EP2022/075271
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English (en)
Inventor
Philippe Boissiere
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
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Publication date
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    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input

Definitions

  • TITLE Motor Vehicle Electrical System
  • the invention relates to the field of electric or hybrid vehicles and more specifically electric systems for electric or hybrid vehicles, comprising an on-board charger and a microcontroller, and the method implemented by said electric system.
  • an electric or hybrid vehicle comprises a battery capable of supplying electrical energy to electrical equipment mounted in the vehicle, or connected to the vehicle, and the electrical machine of the vehicle.
  • the vehicle also includes an on-board charger, better known as OBC for "On Board Charger" in English, connected to the battery.
  • OBC On Board Charger
  • the on-board charger converts the direct voltage supplied by the battery into an alternating voltage in order to supply various electrical equipment.
  • the on-board charger also makes it possible to convert an alternating voltage into direct voltage in order to recharge the battery.
  • An on-board charger comprises in particular a power factor corrector circuit, known under the name "PFC” for "Power Factor Corrector” in English, a direct-direct current converter, a connection capacitor connecting the corrector circuit of power factor and the current converter and a microcontroller capable of controlling the power factor correction circuit.
  • PFC power factor corrector circuit
  • PFC direct-direct current converter
  • connection capacitor connecting the corrector circuit of power factor and the current converter
  • microcontroller capable of controlling the power factor correction circuit.
  • the current converter comprises in particular two H-bridges, comprising several switches.
  • the power factor corrector is the element of the on-board charger capable of converting an alternating voltage, supplied by an electrical network external to the vehicle, into a defined DC voltage between 300 and 800 V.
  • the link capacitor makes it possible to suppress the residual oscillations of the DC voltage supplied by the power factor correction circuit.
  • the DC-DC converter is then capable of converting the DC voltage smoothed by the capacitor, into another DC voltage value, between approximately 200 and 300 V, capable of charging the battery.
  • the microcontroller is in particular capable of controlling the opening and closing of the switches of the current converter in order to modify the gain thereof. For this, the microcontroller sends to each switch a control signal characterized by a frequency.
  • the link capacitor must be suitable for supporting high voltages, commonly defined above 450 V and up to 800 V.
  • the more the capacitor is suitable for supporting high voltages the more expensive it is and cumbersome.
  • the invention relates to an electrical system for a motor vehicle, the vehicle comprising at least one supply battery, the electrical system comprising a microcontroller and an electric charger, intended to be connected on the one hand to said battery and on the other hand to an electrical network external to the vehicle supplying an alternating voltage, the charger being capable of charging the battery from an external electrical network, the charger comprising: a power factor correction circuit, capable converting an alternating voltage into a direct voltage, the conversion being characterized by a conversion ratio, and electrically connected to the electrical network, a DC-DC voltage converter, connected between the power factor corrector circuit and the battery and capable of converting a DC voltage into another DC voltage, said DC-DC voltage converter comprising a first H-bridge, and a second H-bridge, each H-bridge comprising four switches, a first switch being connected between a high point and a middle point, a second switch being connected between the middle point and a low point, a third switch being connected between the high point and a second midpoint and a fourth switch being connected between
  • the gain of the converter is fixed at a predetermined value in order to recharge the battery. Since the voltage at the terminals of the connection capacitor is reduced then the converter must increase the voltage which it supplies, to obtain a fixed gain. So the converter must increase its own gain. For this, the converter decreases the frequency of the control signal. Thus the frequency of the control signal passes directly from a value above the resonance range to a value below the resonance range. Thus the frequency of the control signal imposed by the microcontroller is never included in the resonance range and is therefore always different from the resonance frequency, thus avoiding that oscillating currents are propagated in the components of the charger and therefore a probable degradation of these components. In addition, the microcontroller can now use frequencies below the resonance range.
  • the charger is intended to be connected on the one hand to said battery and on the other hand to equipment, the charger is able to allow the battery to supply said equipment, the converter being bidirectional and the power factor correction circuit, electrically connected to the equipment, being capable of converting a direct voltage into an alternating voltage, the microcontroller is configured for, when the battery is discharging and if the frequency of the control signal is equal to the lower terminal of the resonance range: controlling the conversion ratio of the power factor corrector circuit so as to increase the voltage across the terminals of the connection capacitor, so that said voltage is equal to 105% of the average operating voltage of said link capacitance, set the frequency of each control signal so that it is higher than the upper limit of the resonance range.
  • the gain is fixed at a predetermined value in order to supply equipment. Since the voltage at the terminals of the connection capacitance is increased, the converter must reduce the voltage which it supplies, to obtain a fixed gain. So the converter must decrease its own gain. For this, the converter increases the frequency of the control signal. Thus the frequency of the control signal passes directly from a value below the resonance range to a value above the resonance range. Thus the frequency of the control signal imposed by the microcontroller is never included in the resonance range and is therefore always different from the resonance frequency, thus preventing oscillating currents from propagating in the components of the charger and therefore a probable degradation of these components. In addition, the microcontroller can now use frequencies above the resonance range.
  • the transformer of the converter comprises a primary winding and a secondary winding, each winding comprising a first terminal and a second terminal
  • the converter comprises a first resonant circuit comprising a resonant capacitor and a coil connected in series, the resonant capacitance of the first resonant circuit being electrically connected to the first midpoint of the first bridge, and the coil of the first resonant circuit being electrically connected to the first terminal of the primary winding of the transformer.
  • the converter comprises an additional coil, connected in parallel with the primary winding of the transformer.
  • the converter comprises a second resonant circuit comprising a resonant capacitor and a coil connected in series, the resonant capacitor of the second resonant circuit being electrically connected to the first midpoint of the second bridge, and the coil of the second resonant circuit being electrically connected to the first terminal of the secondary winding of the transformer.
  • each switch designates a MOSFET or bipolar transistor.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising at least one battery and at least one electrical system as presented above.
  • the invention also relates to a method for controlling the control signal of an electronic system converter for a motor vehicle, as presented previously, when the battery is charging, if the frequency of the control signal is equal to the upper terminal of the resonance range, the method comprises the steps: controlling the conversion ratio of the power factor corrector circuit so as to reduce the voltage across the terminals of the connection capacitor, so that said voltage is equal to 95% of the average operating voltage of said link capacitor, setting the frequency of the control signal so that it is lower than the lower limit of the resonance range.
  • the method comprises the steps of: controlling the conversion ratio of the power factor corrector circuit so as to increase the voltage across the terminals of the link capacitor, so that said voltage is equal to 105% of the average operating voltage of said link capacitor, defining the frequency of the control signal so that it is higher than the upper limit of the resonance range.
  • the invention also relates to a computer program product remarkable in that it comprises a set of program code instructions which, when they are executed by one or more processors, configure the processor or processors to put implement a method as presented previously.
  • FIG. 1 schematically illustrates the electrical system according to the invention
  • FIG 2 represents the electronic circuit of a unidirectional charger converter of the electrical system according to Figure 1,
  • FIG 3 represents the electronic circuit of a bidirectional charger converter of the electrical system according to Figure 1,
  • FIG 5 illustrates the variation in the voltage at the terminals of the battery as a function of the frequency of the control signal emitted by the microcontroller, for a voltage at the terminals of the connection capacitor defined at 380 V and for a voltage at the terminals of the connection capacity defined at 420 V.
  • the vehicle is in particular an electric or hybrid vehicle and comprises an electric machine capable of converting electrical energy into mechanical energy in order to to rotate the wheels of the vehicle.
  • the electric machine therefore corresponds in particular to the electric propulsion machine of the vehicle.
  • the vehicle comprises a supply battery 10 and an electrical system comprising an on-board charger 20 and a microcontroller 30.
  • the electric supply battery 10 is in particular able to operate in a discharge mode, in which the battery 10 supplies energy to the equipment of the vehicle or the electric machine, designating the electric machine for propelling the vehicle, or other equipment external to the vehicles that would be connected to the battery 10.
  • the battery 10 is also capable of operating according to a state of charge, in which the battery 10 is capable of being charged from the electrical energy supplied by an electrical network external to the vehicle electrically connected to the battery 10.
  • the voltage of battery 10 can be 300 V or 800 V.
  • the charger 20 is connected on the one hand to the battery 10 and on the other hand to at least one equipment mounted in the vehicle or outside to the vehicle or to an electrical network in particular external to the vehicle and capable of supplying an alternating voltage.
  • the charger 20 can be unidirectional. In other words, when the charger 20 is connected to the electrical network and the battery 10 operates according to the state of charge, the charger 20 is in particular capable of converting the alternating voltage supplied by the electrical network into a direct voltage capable of charging the battery. 10.
  • the charger 20 can also be said to be “bidirectional”. In other words, when an item of equipment is connected to the charger 20, the battery 10 operates according to the state of discharge, and the charger 20 is also capable of converting the direct voltage supplied by the battery 10 into an alternating voltage capable of supplying the equipment. .
  • the charger 20 includes a power factor correction circuit 21 and a DC-DC voltage converter 22 and a link capacitor C20.
  • Converter 22 is electrically connected to corrector circuit 21 via a wired link.
  • link capacitor C20 is connected in shunt to the wired link connecting corrector circuit 21 and converter 22.
  • the converter 22 is adapted to be electrically connected to the battery 10 and the power factor corrector circuit 21 is adapted to be connected electrically to equipment in the vehicle or external to the vehicle or to the electrical network.
  • the power factor corrector circuit 21 is capable of converting an alternating voltage VAC into a direct voltage VDC2I and vice versa.
  • the corrector circuit 21 is characterized by a first conversion ratio between the AC voltage VAC and the DC voltage VDC2I.
  • the DC-DC voltage converter 22 is capable of converting a DC22 DC voltage into another DC voltage Vw.
  • the converter 20 is capable of converting the DC voltage DC22 into the DC voltage V in order to charge the battery 10.
  • the converter 22 is also capable of converting the DC voltage Vw supplied by the battery 10 into the DC voltage VDC22.
  • the converter 22 is characterized by a second conversion ratio, in other words by a gain, between the DC voltage VDC22 and the DC voltage Vw (or vice versa).
  • the value of the gain is variable and in particular defined over an interval comprised between 0.4 and 1.3.
  • connection capacitor C20 is capable of attenuating the residual oscillations of the DC voltage supplied between the power factor corrector circuit 21 and the DC-DC voltage converter 22.
  • the corrector circuit 21 when the battery 10 operates in charge mode, the corrector circuit 21 is connected to an electrical network.
  • the corrector circuit 21 converts the AC voltage supplied by the electrical network into a DC voltage VDC2I defined substantially at 400 V.
  • the DC voltage VDC2I has an AC part, in other words the DC voltage VDC2I has residual oscillations, for example at plus or minus 30 V.
  • the connection capacitor C20 enables the residual oscillations of the DC voltage VDC2I to be suppressed.
  • the converter 22 converts the DC voltage VDC2I without residual oscillations into a DC voltage Vw suitable for recharging the battery 10, for example a DC voltage between 220 V and 465 V.
  • the corrector circuit 21 is connected to electronic equipment to be powered.
  • the converter 22 converts the DC voltage Vw supplied by the battery 10 into another DC voltage VDC22 for example approximately equal to 400 V.
  • the DC voltage VDC22 supplied by the converter 22 has an AC part, in other words the DC voltage VDC22 has residual oscillations, for example at plus or minus 30 V.
  • the link capacitor C20 makes it possible to suppress the residual oscillations of the DC voltage VDC22.
  • the corrector circuit 21 converts the continuous voltage VDC22 without oscillations defined substantially at 400 V into an alternating voltage capable of supplying electrical energy to the equipment connected to said corrector circuit
  • the link capacitor C20 is characterized by an average operating voltage.
  • the average operating voltage is for example defined at 400 V.
  • the converter 22 corresponds to a unidirectional CLL or bidirectional CLLLC resonant DC-DC voltage converter.
  • the converter 22 corresponds to a unidirectional resonant DC-DC voltage converter CLL and comprises a transformer T r, a first H bridge, designated H1 in Figure 2, a second H bridge , designated H2, in Figure 2, a first resonant circuit CR1.
  • the transformer Tr comprises a primary winding and a secondary winding, each winding comprising a first terminal and a second terminal.
  • Each bridge H1, H2 comprises four switches, a first switch T1 being connected between a high point PH and a midpoint PM1, a second switch T2 being connected between the midpoint PM1 and a low point PB, a third switch T3 being connected between the high point PH and a second midpoint PM2 and a fourth switch T4 being connected between the second midpoint PM2 and the low point PB.
  • the switches can designate any type of switches, and in particular, MOSFET or bipolar transistors.
  • the first resonant circuit CR1 comprises a resonant capacitor C1 and a coil L1 connected in series.
  • the resonant capacitor C1 of the first resonant circuit CR1 is electrically connected to the first midpoint PM1 of the first bridge H 1
  • the coil L1 of the first resonant circuit CR1 is electrically connected to the first terminal of the primary winding of the transformer Tr .
  • the second terminal of the primary winding of the transformer Tr is electrically connected to the second midpoint PM2 of the first bridge H1.
  • the first terminal of the secondary winding of the transformer Tr is electrically connected to the first midpoint PM1 of the second bridge H2.
  • the second terminal of the secondary winding of the transformer Tr is electrically connected to the second midpoint PM2 of the second bridge H2.
  • the transformer Tr is capable of supplying an output voltage across the terminals of the secondary winding equal to the voltage applied to the first winding. This ratio of 1 between the output voltage and the voltage applied to the first winding can be modified.
  • the converter 22 also includes an additional coil in parallel with the primary winding of the transformer Tr.
  • the additional coil L s can be internal or external to the transformer Tr.
  • the converter 22 corresponds to a DC-DC resonant voltage converter of unidirectional CLL type.
  • the converter 22 when the converter 22 is a CLLLC bidirectional resonant DC-DC voltage converter, then the converter 22 comprises a circuit identical to the circuit corresponding to a CLL unidirectional converter 22 to which a second resonant circuit CR2 is added.
  • the second resonant circuit CR2 comprises a resonant capacitor C2 and a coil L2 connected in series.
  • the second resonant circuit CR2 is connected between the first midpoint PM1 of the second bridge H2 and the second midpoint PM2 of the second bridge H2.
  • the resonant capacitor C2 of the second resonant circuit CR2 is electrically connected to the first midpoint PM1 of the second bridge H2, and the coil L2 of the second resonant circuit CR2 is electrically connected to the first terminal of the secondary winding of the Tr transformer.
  • the converter 22 is characterized by a resonance frequency, designating the frequency for which the voltage and the current across the terminals of the converter 22 are in phase.
  • the converter 22 is also characterized by a resonance range whose lower limit is equal to 0.9 times the resonant frequency and whose lower limit higher is equal to 1.1 times the resonant frequency.
  • the resonant range is defined around the resonant frequency.
  • the microcontroller 30 is able to periodically receive the value of the current at the terminals of the battery 10.
  • the microcontroller 30 is configured to control the second conversion ratio of the corrector circuit 22. When the microcontroller 30 varies the second conversion ratio, then the voltage across the connection capacitor C20 also varies.
  • the microcontroller 30 is also capable of controlling the converter 22 in order to define the second conversion ratio, or in other words the gain, of said converter 22 as a function of the current at the terminals of the battery 10.
  • the microcontroller 30 is capable of controlling the opening and closing of each switch of the first bridge H1 and of the second bridge H2.
  • the microcontroller 30 controls the first bridge H1.
  • the microcontroller 30 controls the second bridge H2.
  • the microcontroller 30 is able to control the converter 22 by controlling the opening and closing of each switch of the first bridge H1 and of the second bridge H2, in particular by the method of frequency modulation.
  • the microcontroller 30 sends a control signal to each switch.
  • Each control signal is defined by a periodic square signal, whose duty cycle is in particular 50%, and by a frequency.
  • the microcontroller 30 is capable of modifying the frequency of each control signal according to the desired gain for the converter 22.
  • the frequency of the control signal is inversely proportional to the gain of converter 22.
  • the microcontroller 30 is configured to: a . control the conversion ratio of the power factor corrector circuit 21 so as to reduce the voltage at the terminals of the link capacitor C20, so that said voltage is equal to 95% of the average operating voltage of said link capacitor C20 , b. set the frequency of each control signal so that it is lower than the lower limit of the resonance range.
  • the frequency of the control signal is never equal to the resonance frequency or is never included in the resonance range. Additionally, frequencies below the resonance range can be used when charging Battery 10.
  • the microcontroller 30 is configured to: a. controlling the conversion ratio of the power factor corrector circuit 21 so as to increase the voltage across the terminals of the connection capacitor C20, so that said voltage is equal to 105% of the average operating voltage of said connection capacitor C20 , b. set the frequency of each control signal so that it is higher than the upper limit of the resonance range.
  • the frequency of the control signal is never equal to the resonance frequency or is never included in the resonance range. Additionally, frequencies above the resonant range can be used when discharging battery 10.
  • the microcontroller 30 includes a PID regulation function, for “proportional, integral, derivative”. When the charger 20 is unidirectional, the microcontroller 30, through its PID regulation function, is able to obtain the value of the DC voltage V10 between the converter 22 and the battery 10 and to receive the voltage setpoint to be applied between the converter 22 and the battery 10. The microcontroller 30 is capable of determining whether each measured value corresponds to the voltage setpoint received to be applied between the converter 22 and the battery 10.
  • the microcontroller 30 is also able to obtain the value of the DC voltage VDC2I between the corrector circuit 21 and the converter 22 and to receive the voltage setpoint to be applied between the corrector circuit
  • the microcontroller 30 is capable of determining whether each measured value corresponds to the voltage setpoint received to be applied between the corrector circuit 21 and the converter 22. Furthermore, when a measured value does not correspond to the corresponding setpoint value, the microcontroller 30 is configured to update the control signals transmitted to the switches T1, T2, T3, T4, in order to modify the conversion ratio of the converter 22, so that the measured voltage, the DC voltage Vw or the DC voltage VDC2I corresponds to the setpoint.
  • the microcontroller 30 comprises a processor capable of implementing a set of instructions allowing these functions to be performed.
  • the example shown in Figure 5 describes a resonance frequency defined at 150 kHz, a resonance range defined by the following interval [135 kHz; 165 KHz] and an average reference voltage at 400 V.
  • a first embodiment is described in the case where the battery 10 operates according to the charging mode, whether the charger 20 is unidirectional or bidirectional.
  • the method first of all comprises a preliminary step E0 of determining a gain setpoint in order to allow the battery 10 to be recharged.
  • the method then comprises a step E1 of controlling converter 22, during which microcontroller 30 sends a control signal to the switches of first bridge H1.
  • the frequency of the control signal is determined according to the gain setpoint and the voltage across the terminals of the connection capacitor C20.
  • the frequency of the control signal is first of all set to its highest value, since the start of charging the battery 10, said battery 10 is lightly charged, for example around 300 V, and the gain of the converter 22 is relatively low. Then the frequency of each control signal is decreased step by step. Indeed, the more the battery 10 charges, the more the gain provided by the converter 22 increases and therefore the more the frequency of the control signal decreases.
  • the method also comprises a step E2 of comparing the frequency value of the control signal with the resonance range, followed by a step of detection E3 when the frequency of the control signal is equal to the upper limit of the resonance range (represented by point A in FIG. 5).
  • the method comprises a step E4 of controlling the conversion ratio of the power factor corrector circuit 21 so as to reduce the voltage across the terminals of the connection capacitor C20, so that said voltage is equal to 95% of the average operating voltage of said link capacitor C20.
  • the voltage at the terminals of the connection capacitor C2o is equal to 380 V and no longer 400 V.
  • the voltage supplied by the converter 22 must increase, to obtain the gain of the setpoint of gain.
  • the converter 22 must therefore increase its own gain, which is why it is necessary to reduce the frequency of each control signal (since the frequency of the control signal is inversely proportional to the voltage gain of the converter 22).
  • the method therefore comprises, simultaneously with the control step E4, a step E5 of defining the frequency of the control signal so that it is lower than the lower limit of the resonance range.
  • the microcontroller 30 modifies the frequency of the control signal from 165 kHz to at most 135 kHz.
  • the microcontroller 30 can thus use any frequency value below the resonance range.
  • the frequency of the control signal goes directly from a value above the resonance range to a value below the resonance range.
  • the frequency of the control signal avoids the value of the resonance frequency of the converter 22, thus avoiding current oscillations in the electronic components of the charger 20 which can damage said electronic components.
  • the method firstly comprises a preliminary step E6 of determining a gain setpoint in order to allow the equipment connected to the charger 20 to be powered from the energy supplied by the battery 10.
  • the method then comprises a step E7 of controlling converter 22, during which microcontroller 40 sends a control signal to the switches of second bridge H2.
  • the frequency of the control signal is determined according to the gain setpoint and the voltage across the terminals of the connection capacitor C20.
  • the frequency of the control signal is first set to its lowest value. Indeed, the battery 10 operates according to the discharge mode, which means that the battery 10 is charged to an almost maximum charge level. Thus, the gain of converter 22 is relatively high. Then the frequency of the control signal is increased step by step. Indeed, the more the battery 10 discharges, the more the gain supplied by the converter 22 decreases and therefore the more the frequency of the control signal increases.
  • the method comprises a step E8 of comparing the frequency value of the control signal with the resonance range, followed by a step of detecting E9 when the frequency of the control signal is equal to the lower limit of the range resonance (represented by point B in Figure 5).
  • the method comprises a step E10 of controlling the conversion ratio of the power factor corrector circuit 21 so as to increase the voltage across the terminals of the connection capacitor C20, so that said voltage is equal to 105% of the average operating voltage of said link capacitor C20.
  • the voltage across the connection capacitor C2o is equal to 420 V and no longer 400 V.
  • the voltage supplied by the converter 22 must decrease, to obtain the gain of the setpoint of gain.
  • the method therefore comprises, simultaneously with the control step E10, a step E11 of defining the frequency of the control signal so that it is greater than the upper limit of the resonance range.
  • the microcontroller 30 modifies the frequency of the control signal from 135 kHz to at least 165 kHz.
  • the microcontroller 30 can thus use any frequency value above the resonance range.
  • the frequency of the control signal passes directly from a value below the resonance range to a value above the resonance range.
  • the frequency of the control signal avoids the value of the resonance frequency of the converter 22.

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Abstract

L'invention concerne un système électrique pour véhicule automobile, le véhicule comprenant au moins une batterie (10) d'alimentation, le système électrique comprenant un chargeur (20) électrique apte à charger une batterie (10) à partir d'un réseau électrique externe, le chargeur (20) comprenant un circuit correcteur (21), un convertisseur (22) comprenant un premier pont en H et un deuxième pont en H et caractérisé par une fréquence dite de « résonance », une capacité de liaison (C20) connectée entre le circuit correcteur (21) et le convertisseur (22), le microcontrôleur est configuré pour lorsque la batterie charge, si la fréquence du signal de commande est égale à la borne supérieure de la plage de résonance : i) commander le rapport de conversion du circuit correcteur (21) de facteur de puissance de sorte à diminuer la tension aux bornes de la capacité de liaison (C20), de sorte que ladite tension soit égale à 95% de la tension moyenne de fonctionnement de ladite capacité de liaison (C20), ii) définir la fréquence du signal de commande de sorte qu'elle soit inférieure à la borne inférieure de la plage de résonance.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Système électrique pour véhicule automobile
[Domaine technique]
[0001] L’invention concerne le domaine des véhicules électriques ou hybrides et plus précisément des systèmes électriques pour véhicules électriques ou hybrides, comprenant un chargeur embarqué et un microcontrôleur, et le procédé mis en œuvre par ledit système électrique.
[Etat de la technique antérieure]
[0002] De manière connue un véhicule électrique ou hybride comprend une batterie apte à alimenter en énergie électrique des équipements électriques montés dans le véhicule, ou reliés au véhicule, et la machine électrique du véhicule.
[0003] Le véhicule comprend également un chargeur embarqué, plus connu sous l’appellation OBC pour « On Board Charger » en langue anglaise, connecté à la batterie. Le chargeur embarqué permet de convertir la tension continue fournie par la batterie en une tension alternative afin d’alimenter différents équipements électriques. Par ailleurs, le chargeur embarqué permet également de convertir une tension alternative en tension continue afin de recharger la batterie.
[0004] Un chargeur embarqué comprend notamment un circuit correcteur de facteur de puissance, connu sous l’appellation « PFC » pour « Power Factor Corrector » en langue anglaise, un convertisseur de courant continu-continu, une capacité de liaison reliant le circuit correcteur de facteur de puissance et le convertisseur de courant et un microcontrôleur apte à commander le circuit correcteur de facteur de puissance.
[0005] Le convertisseur de courant comprend notamment deux ponts en H, comprenant plusieurs interrupteurs.
[0006] Par exemple, dans le cas de la charge de la batterie, le correcteur de facteur de puissance est l’élément du chargeur embarqué apte à convertir une tension alternative, fournie par un réseau électrique externe au véhicule, en une tension continue définie entre 300 et 800 V. La capacité de liaison permet de supprimer les oscillations résiduelles de la tension continue fournie par le circuit correcteur de facteur de puissance. Le convertisseur de courant continu-continu est ensuite apte à convertir la tension continue lissée par la capacité, en une autre valeur de tension continue, comprise entre 200 et 300 V environ, apte à charger la batterie. [0007] Le microcontrôleur est notamment apte à commander l’ouverture et la fermeture des interrupteurs du convertisseur de courant afin d’en modifier le gain. Pour cela, le microcontrôleur émet à chaque interrupteur un signal de commande caractérisé par une fréquence.
[0008] Cependant, lorsque la fréquence du signal de commande s’approche de la fréquence de résonnance du convertisseur, cela peut engendrer une forte hausse non voulue du gain du convertisseur ou des problèmes d’instabilité du chargeur pouvant provoquer des oscillations de courant. Ainsi, d’une part, la consigne de gain n’est pas respectée. D’autre part, les oscillations peuvent potentiellement dégrader les différents éléments du chargeur embarqué.
[0009] Afin de remédier à cet inconvénient, seules les valeurs de fréquence inférieures à la fréquence de résonance sont utilisées lors de la charge de la batterie. Pour cela, il est nécessaire d’augmenter considérablement la valeur de la tension d’entrée du convertisseur, par exemple, d’augmenter la tension d’entrée de 375 V à 800 V. Pour cela, il est nécessaire de modifier de nombreux composants du chargeur embarqué.
[0010] Notamment, la capacité de liaison doit être adaptée pour supporter des tensions élevées, communément définies au-delà de 450V et jusqu’à 800 V. Or, plus la capacité est adaptée pour supporter des tensions élevées, plus elle est coûteuse et encombrante. Pour les mêmes raisons, il peut également être nécessaire de modifier les transistors du circuit correcteur de facteur de puissance de sorte qu’ils soient aptes à supporter des tensions supérieures à 650 V.
[0011] Une solution est donc nécessaire afin de pallier au moins en partie ces inconvénients.
[Exposé de l’invention]
[0012] A cette fin, l’invention concerne un système électrique pour véhicule automobile, le véhicule comprenant au moins une batterie d’alimentation, le système électrique comprenant un microcontrôleur et un chargeur électrique, destiné à être connecté d’une part à ladite à batterie et d’autre part à un réseau électrique externe au véhicule fournissant une tension alternative, le chargeur étant apte à charger la batterie à partir d’un réseau électrique externe, le chargeur comprenant un : un circuit correcteur de facteur de puissance, apte à convertir une tension alternative en une tension continue, la conversion étant caractérisée par un rapport de conversion, et connecté électriquement au réseau électrique, un convertisseur de tension continu-continu, connecté entre le circuit correcteur de facteur de puissance et la batterie et apte à convertir une tension continue en une autre tension continue, ledit convertisseur de tension continu-continu comprenant un premier pont en H, et un deuxième pont en H, chaque pont en H comprenant quatre interrupteurs, un premier interrupteur étant connecté entre un point haut et un point milieu, un deuxième interrupteur étant relié entre le point milieu et un point bas, un troisième interrupteur étant relié entre le point haut et un deuxième point milieu et un quatrième interrupteur étant relié entre le deuxième point milieu et le point bas, le convertisseur de tension comprenant également un transformateur connectant électriquement le premier pont en H et le deuxième pont en H, le convertisseur est caractérisé par une fréquence dite de « résonance », désignant la fréquence pour laquelle la tension et le courant aux bornes du convertisseur sont en phase, et par une plage de résonance dont la borne inférieure est égale à 0,9 fois la fréquence de résonance et dont la borne supérieure est égale à 1 ,1 fois la fréquence de résonance, une capacité de liaison connectée entre le circuit correcteur de facteur de puissance et le convertisseur de tension continu-continu, apte à atténuer les oscillations résiduelles de la tension fournie entre le circuit correcteur de facteur de puissance et le convertisseur de tension continu-continu, la capacité de liaison est caractérisée par une tension moyenne de fonctionnement, le microcontrôleur est configuré pour : a) commander l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur du premier pont et du deuxième pont du convertisseur de tension continu-continu par l’émission d’un signal de commande à chaque interrupteur, chaque signal de commande étant caractérisé par une fréquence, b) commander le rapport de conversion du circuit correcteur, c) lorsque la batterie charge, si la fréquence du signal de commande est égale à la borne supérieure de la plage de résonance : i) commander le rapport de conversion du circuit correcteur de facteur de puissance de sorte à diminuer la tension aux bornes de la capacité de liaison, de sorte que ladite tension soit égale à 95% de la tension moyenne de fonctionnement de ladite capacité de liaison, ii) définir la fréquence de chaque signal de commande de sorte qu’elle soit inférieure à la borne inférieure de la plage de résonance. [0013] Le gain du convertisseur est fixé à une valeur prédéterminée afin de recharger la batterie. Puisque la tension aux bornes de la capacité de liaison est diminuée alors le convertisseur doit augmenter la tension qu’il fournit, pour obtenir gain fixé. Donc le convertisseur doit augmenter son propre gain. Pour cela, le convertisseur diminue la fréquence du signal de commande. Ainsi la fréquence du signal de commande passe directement d’une valeur supérieure à la plage de résonance à une valeur inférieure à la plage de résonance. Ainsi la fréquence du signal de commande imposée par le microcontrôleur n’est jamais comprise dans la plage de résonance et est donc toujours différente de la fréquence de résonance, évitant ainsi que des courants oscillants se propagent dans les composants du chargeur et donc une dégradation probable de ces composants. De plus, le microcontrôleur peut dorénavant utiliser des fréquences inférieures à la plage de résonance.
[0014] De préférence encore le chargeur est destiné à être connecté d’une part ladite à la batterie et d’autre part à des équipements, le chargeur est apte à permettre à la batterie d’alimenter lesdits équipements, le convertisseur étant bidirectionnel et le circuit correcteur de facteur de puissance, connecté électriquement aux équipements, étant apte à convertir une tension continue en une tension alternative, le microcontrôleur est configuré pour, lorsque la batterie se décharge et si la fréquence du signal de commande est égale à la borne inférieure de la plage de résonance : commander le rapport de conversion du circuit correcteur de facteur de puissance de sorte à augmenter la tension aux bornes de la capacité de liaison, de sorte que ladite tension soit égale à 105% de la tension moyenne de fonctionnement de ladite capacité de liaison, définir la fréquence de chaque signal de commande de sorte qu’elle soit supérieure à la borne supérieure de la plage de résonance.
[0015] Le gain est fixé à une valeur prédéterminée afin d’alimenter des équipements. Puisque la tension aux bornes de la capacité de liaison est augmentée, le convertisseur doit diminuer la tension qu’il fournit, pour obtenir gain fixé. Donc le convertisseur doit diminuer son propre gain. Pour cela, le convertisseur augmente la fréquence du signal de commande. Ainsi la fréquence du signal de commande passe directement d’une valeur inférieure à la plage de résonance à une valeur supérieure à la plage de résonance. Ainsi la fréquence du signal de commande imposée par le microcontrôleur n’est jamais comprise dans la plage de résonance et est donc toujours différente de la fréquence de résonance, évitant ainsi que des courants oscillants se propagent dans les composants du chargeur et donc une dégradation probable de ces composants. De plus, le microcontrôleur peut dorénavant utiliser des fréquences supérieures à la plage de résonance.
[0016] De manière avantageuse : le transformateur du convertisseur comprend un enroulement primaire et un enroulement secondaire, chaque enroulement comprenant une première borne et une deuxième borne, le convertisseur comprend un premier circuit résonant comprenant une capacité résonante et une bobine connectées en série, la capacité résonante du premier circuit résonant étant connectée électriquement au premier point milieu du premier pont, et la bobine du premier circuit résonant étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement primaire du transformateur.
[0017] Avantageusement, le convertisseur comprend une bobine supplémentaire, connectée en parallèle de l’enroulement primaire du transformateur.
[0018] De préférence encore, le convertisseur comprend un deuxième circuit résonant comprenant une capacité résonante et une bobine connectée en série, la capacité résonante du deuxième circuit résonant étant connectée électriquement au premier point milieu du deuxième pont, et la bobine du deuxième circuit résonant étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement secondaire du transformateur.
[0019] De préférence encore, chaque interrupteur désigne un transistor MOSFET ou bipolaire.
[0020] L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant au moins une batterie et au moins un système électrique tel que présenté précédemment.
[0021] L’invention concerne également un procédé de commande du signal de commande d’un convertisseur de système électronique pour véhicule automobile, tel que présenté précédemment, lorsque la batterie charge, si la fréquence du signal de commande est égale à la borne supérieure de la plage de résonance, le procédé comprend les étapes : commande du rapport de conversion du circuit correcteur de facteur de puissance de sorte à diminuer la tension aux bornes de la capacité de liaison, de sorte que ladite tension soit égale à 95% de la tension moyenne de fonctionnement de ladite capacité de liaison, définition de la fréquence du signal de commande de sorte qu’elle soit inférieure à la borne inférieure de la plage de résonance. [0022] De préférence, lorsque la batterie se décharge et si la fréquence du signal de commande est égale à la borne inférieure de la plage de résonance, le procédé comprend les étapes de : commande du rapport de conversion du circuit correcteur de facteur de puissance de sorte à augmenter la tension aux bornes de la capacité de liaison, de sorte que ladite tension soit égale à 105% de la tension moyenne de fonctionnement de ladite capacité de liaison, définition de la fréquence du signal de commande de sorte qu’elle soit supérieure à la borne supérieure de la plage de résonance.
[0023] L’invention concerne également un produit programme d’ordinateur remarquable en ce qu’il comporte un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre un procédé tel que présenté précédemment.
[Description des dessins]
[0024] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
[0025] [Fig 1] illustre schématiquement le système électrique selon l’invention,
[0026] [Fig 2] représente le circuit électronique d’un convertisseur unidirectionnel de chargeur du système électrique selon la figure 1 ,
[0027] [Fig 3] représente le circuit électronique d’un convertisseur bidirectionnel de chargeur du système électrique selon la figure 1 ,
[0028] [Fig 4] représente schématiquement le procédé selon l’invention,
[0029] [Fig 5] illustre la variation de la tension aux bornes de la batterie en fonction de la fréquence du signal de commande émis par le microcontrôleur, pour une tension aux bornes de la capacité de liaison définie à 380 V et pour une tension aux bornes de la capacité de liaison définie à 420 V.
[Description des modes de réalisation]
[0030] Véhicule
[0031] Il va maintenant être présenté une forme de réalisation du véhicule selon l’invention. Le véhicule est notamment un véhicule électrique ou hybride et comprend une machine électrique apte à convertir de l’énergie électrique en énergie mécanique afin d’entraîner en rotation les roues du véhicule. La machine électrique correspond donc notamment à la machine électrique de propulsion du véhicule.
[0032] En référence à la figure 1 , le véhicule comprend une batterie d’alimentation 10 et un système électrique comprenant un chargeur embarqué 20 et un microcontrôleur 30.
[0033] La batterie d’alimentation 10 électrique est notamment apte à fonctionner selon un mode de décharge, dans lequel la batterie 10 alimente en énergie les équipements du véhicule ou la machine électrique, désignant la machine électrique de propulsion du véhicule, ou d’autres équipements externes aux véhicules que l’on viendrait connecter à la batterie 10.
[0034] La batterie 10 est également apte à fonctionner selon un état de charge, dans lequel la batterie 10 est apte à se charger à partir de l’énergie électrique fournie par un réseau électrique externe au véhicule connecté électriquement à la batterie 10.
[0035] Par exemple la tension de la batterie 10 peut être 300 V ou 800 V.
[0036] Le chargeur 20, plus connu sous l’appellation OBC pour « On Board Charger » en langue anglaise, est connecté d’une part à la batterie 10 et d’autre part à au moins un équipement monté dans le véhicule ou extérieur au véhicule ou à un réseau électrique notamment externe au véhicule et apte à fournir une tension alternative.
[0037] Le chargeur 20 peut être unidirectionnel. Autrement dit, lorsque le chargeur 20 est connecté au réseau électrique et que la batterie 10 fonctionne selon l’état de charge, le chargeur 20 est notamment apte à convertir la tension alternative fournie par le réseau électrique en une tension continue apte à charger la batterie 10.
[0038] Le chargeur 20 peut également être dit « bidirectionnel ». Autrement dit, lorsqu’un équipement est connecté au chargeur 20, la batterie 10 fonctionne selon l’état de décharge, et le chargeur 20 est également apte convertir la tension continue fournie par la batterie 10 en une tension alternative apte à alimenter l’équipement.
[0039] Plus précisément, le chargeur 20 comprend un circuit correcteur 21 de facteur de puissance et un convertisseur 22 de tension continu-continu et une capacité de liaison C20. Le convertisseur 22 est connecté électriquement au circuit correcteur 21 via un lien filaire. De plus, la capacité de liaison C20 est connectée en dérivation sur le lien filaire reliant le circuit correcteur 21 et le convertisseur 22.
[0040] De plus, le convertisseur 22 est adapté pour être relié électriquement à la batterie 10 et le circuit correcteur 21 de facteur de puissance est adapté pour être relié électriquement à un équipement du véhicule ou extérieur au véhicule ou au réseau électrique.
[0041] Toujours en référence à la figure 1 , le circuit correcteur 21 de facteur de puissance est apte à convertir une tension alternative VAC en une tension continue VDC2I et inversement.
[0042] Le circuit correcteur 21 est caractérisé par un premier rapport de conversion entre la tension alternative VAC et la tension continue VDC2I .
[0043] Le convertisseur 22 de tension continu-continu est apte à convertir une tension continue DC22 en une autre tension continue Vw.
[0044] Lorsque le chargeur 20 est unidirectionnel, alors le convertisseur 20 est apte à convertir la tension continue DC22 en la tension continue V afin de charger la batterie 10.
[0045] Lorsque le chargeur 20 est bidirectionnel, alors lorsque la batterie 10 fonctionne selon le mode de décharge, le convertisseur 22 est également apte à convertir la tension continue Vw fournie par la batterie 10 en la tension continue VDC22.
[0046] Le convertisseur 22 est caractérisé par un deuxième rapport de conversion, autrement dit par un gain, entre la tension continue VDC22 et la tension continue Vw (ou inversement). La valeur du gain est variable et notamment définie sur un intervalle compris entre 0,4 et 1 ,3.
[0047] La capacité de liaison C20 est apte à atténuer les oscillations résiduelles de la tension continue fournie entre le circuit correcteur 21 de facteur de puissance et le convertisseur 22 de tension continu-continu.
[0048] Par exemple, lorsque la batterie 10 fonctionne selon le mode charge, le circuit correcteur 21 est relié à un réseau électrique. Ainsi, le circuit correcteur 21 convertit la tension alternative fournie par le réseau électrique en une tension continue VDC2I définie sensiblement à 400 V. Cependant, la tension continue VDC2I présente une partie alternative, autrement dit la tension continue VDC2I présente des oscillations résiduelles, par exemple à plus ou moins 30 V. La capacité de liaison C20 permet de supprimer les oscillations résiduelles de la tension continue VDC2I . Enfin, le convertisseur 22 convertit la tension continue VDC2I sans oscillations résiduelles en une tension continue Vw adaptée pour recharger la batterie 10, par exemple une tension continue entre 220 V et 465 V.
[0049] A l’inverse, lorsque la batterie 10 fonctionne selon le mode de décharge et que le chargeur 20 est bidirectionnel, alors cela signifie que le circuit correcteur 21 est relié à un équipement électronique à alimenter. Le convertisseur 22 convertit la tension continue Vw fournie par la batterie 10 en une autre tension continue VDC22 par exemple environ égale à 400 V. La tension continue VDC22 fournie par le convertisseur 22 présente une partie alternative, autrement dit la tension continue VDC22 présente des oscillations résiduelles, par exemple à plus ou moins 30 V. La capacité de liaison C20 permet de supprimer les oscillations résiduelles de la tension continue VDC22. Enfin, le circuit correcteur 21 convertit la tension continue VDC22 sans oscillations définie sensiblement à 400 V en une tension alternative apte à alimenter en énergie électrique l’équipement relié audit circuit correcteur
21.
[0050] La capacité de liaison C20 est caractérisée par une tension moyenne de fonctionnement. Autrement dit, selon l’exemple présenté précédemment, la tension moyenne de fonctionnement est par exemple définie à 400 V.
[0051] Il va maintenant être présenté la structure électronique détaillée du convertisseur
22. Le convertisseur 22 correspond à un convertisseur de tension continu-continu résonant unidirectionnel CLL ou bidirectionnel CLLLC.
[0052] En référence à la figure 2, le convertisseur 22 correspond à un convertisseur de tension continu-continu résonant unidirectionnel CLL et comprend un transformateur T r, un premier pont en H, désigné H1 sur la figure 2, un deuxième pont en H, désigné H2, sur la figure 2, un premier circuit résonant CR1.
[0053] Le transformateur Tr comprend un enroulement primaire et un enroulement secondaire, chaque enroulement comprenant une première borne et une deuxième borne.
[0054] Chaque pont H1 , H2 comprend quatre interrupteurs, un premier interrupteur T1 étant connecté entre un point haut PH et un point milieu PM1 , un deuxième interrupteur T2 étant relié entre le point milieu PM1 et un point bas PB, un troisième interrupteur T3 étant relié entre le point haut PH et un deuxième point milieu PM2 et un quatrième interrupteur T4 étant relié entre le deuxième point milieu PM2 et le point bas PB.
[0055] Les interrupteurs peuvent désigner n’importe quel type de commutateurs, et notamment, des transistors MOSFET ou bipolaires.
[0056] Le premier circuit résonant CR1 comprend une capacité résonante C1 et une bobine L1 connectées en série.
[0057] La capacité résonante C1 du premier circuit résonant CR1 est connectée électriquement au premier point milieu PM1 du premier pont H 1 , et la bobine L1 du premier circuit résonant CR1 est connectée électriquement à la première borne de l’enroulement primaire du transformateur Tr. [0058] La deuxième borne de l’enroulement primaire du transformateur Tr est connectée électriquement au deuxième point milieu PM2 du premier pont H1.
[0059] La première borne de l’enroulement secondaire du transformateur Tr est connectée électriquement au premier point milieu PM1 du deuxième pont H2. La deuxième borne de l’enroulement secondaire du transformateur Tr est connectée électriquement au deuxième point milieu PM2 du deuxième pont H2.
[0060] Par exemple, le transformateur Tr est apte à fournir une tension de sortie aux bornes de l’enroulement secondaire égale à la tension appliquée au premier enroulement. Ce rapport de 1 entre la tension de sortie et la tension appliquée au premier enroulement peut être modifié.
[0061] Le convertisseur 22 comprend également une bobine supplémentaire en parallèle de l’enroulement primaire du transformateur Tr. La bobine supplémentaire Ls peut être interne ou externe au transformateur Tr. Lorsque la bobine supplémentaire est externe au transformateur Tr, le convertisseur 22 correspond à un convertisseur de tension continu- continu résonant de type unidirectionnel CLL.
[0062] En référence à la figure 3, lorsque le convertisseur 22 est un convertisseur de tension continu-continu résonant bidirectionnel CLLLC, alors le convertisseur 22 comprend un circuit identique au circuit correspondant à un convertisseur 22 unidirectionnel CLL auquel un deuxième circuit résonant CR2 est ajouté.
[0063] Le deuxième circuit résonant CR2 comprend une capacité résonante C2 et une bobine L2 connectées en série. Le deuxième circuit résonant CR2 est connecté entre le premier point milieu PM1 du deuxième pont H2 et le deuxième point milieu PM2 du deuxième pont H2.
[0064] Autrement dit, la capacité résonante C2 du deuxième circuit résonant CR2 est connectée électriquement au premier point milieu PM1 du deuxième pont H2, et la bobine L2 du deuxième circuit résonant CR2 est connectée électriquement à la première borne de l’enroulement secondaire du transformateur Tr.
[0065] Le convertisseur 22 est caractérisé par une fréquence de résonnance, désignant la fréquence pour laquelle la tension et le courant aux bornes du convertisseur 22 sont en phase.
[0066] Le convertisseur 22 est également caractérisé par une plage de résonance dont la borne inférieure est égale à 0.9 fois la fréquence de résonance et dont la borne supérieure est égale à 1 ,1 fois la fréquence de résonance. Autrement dit, la plage de résonance est définie autour de la fréquence de résonance.
[0067] Le microcontrôleur 30 est apte à recevoir périodiquement la valeur du courant aux bornes de la batterie 10.
[0068] Le microcontrôleur 30 est configuré pour commander le deuxième rapport de conversion du circuit correcteur 22. Lorsque le microcontrôleur 30 fait varier le deuxième rapport de conversion, alors la tension aux bornes de la capacité de liaison C20 varie également.
[0069] Le microcontrôleur 30 est également apte à commander le convertisseur 22 afin de définir le deuxième rapport de conversion, ou autrement dit le gain, dudit convertisseur 22 en fonction du courant aux bornes de la batterie 10. Pour cela, le microcontrôleur 30 est apte à commander l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur du premier pont H1 et du deuxième pont H2. Notamment, dans le cas où la batterie 10 fonctionne selon le mode de charge, le microcontrôleur 30 commande le premier pont H1. A l’inverse, lorsque la batterie 10 fonctionne selon le mode de décharge, le microcontrôleur 30 commande le deuxième pont H2.
[0070] Plus précisément, le microcontrôleur 30 est apte à commander le convertisseur 22 en commandant l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur du premier pont H1 et du deuxième pont H2, notamment par la méthode de la modulation de fréquence. Pour cela, le microcontrôleur 30 émet un signal de commande à chaque interrupteur. Chaque signal de commande est défini par un signal périodique en créneau, dont le rapport cyclique est notamment de 50%, et par une fréquence. Le microcontrôleur 30 est apte à modifier la fréquence de chaque signal de commande en fonction du gain souhaité pour le convertisseur 22.
[0071] La fréquence du signal de commande est inversement proportionnelle au gain du convertisseur 22.
[0072] Lorsque la batterie 10 fonctionne selon le mode de charge, que le chargeur 20 soit unidirectionnel ou bidirectionnel et si la fréquence du signal de commande est égale à la borne supérieure de la plage de résonance, le microcontrôleur 30 est configuré pour : a. commander le rapport de conversion du circuit correcteur 21 de facteur de puissance de sorte à diminuer la tension aux bornes de la capacité de liaison C20, de sorte que ladite tension soit égale à 95% de la tension moyenne de fonctionnement de ladite capacité de liaison C20, b. définir la fréquence de chaque signal de commande de sorte qu’elle soit inférieure à la borne inférieure de la plage de résonance.
[0073] De cette façon, la fréquence du signal de commande n’est jamais égale à la fréquence de résonance ou n’est jamais comprise dans la plage de résonance. De plus, les fréquences inférieures à la plage de résonance peuvent être utilisées lors de la charge de la batterie 10.
[0074] Lorsque la batterie 10 fonctionne selon le mode de décharge (et que le chargeur
20 est bidirectionnel), et si la fréquence du signal de commande est égale à la borne inférieure de la plage de résonance, le microcontrôleur 30 est configuré pour : a. commander le rapport de conversion du circuit correcteur 21 de facteur de puissance de sorte à augmenter la tension aux bornes de la capacité de liaison C20, de sorte que ladite tension soit égale à 105% de la tension moyenne de fonctionnement de ladite capacité de liaison C20, b. définir la fréquence de chaque signal de commande de sorte qu’elle soit supérieure à la borne supérieure de la plage de résonance.
[0075] De cette façon, la fréquence du signal de commande n’est jamais égale à la fréquence de résonance ou n’est jamais comprise dans la plage de résonance. De plus, les fréquences supérieures à la plage de résonance peuvent être utilisées lors de la décharge de la batterie 10.
[0076] Le microcontrôleur 30 comprend une fonction de régulation PID, pour « proportionnel, intégral, dérivé ». Lorsque le chargeur 20 est unidirectionnel, le microcontrôleur 30, par sa fonction de régulation PID, est apte à obtenir la valeur de la tension continue V10 entre le convertisseur 22 et la batterie 10 et à recevoir la consigne en tension à appliquer entre le convertisseur 22 et la batterie 10. Le microcontrôleur 30 est apte à déterminer si chaque valeur mesurée correspond à la consigne en tension reçue à appliquer entre le convertisseur 22 et la batterie 10.
[0077] Lorsque le chargeur 20 est bidirectionnel, le microcontrôleur 30 est également apte à obtenir la valeur de la tension continue VDC2I entre le circuit correcteur 21 et le convertisseur 22 et à recevoir la consigne en tension à appliquer entre le circuit correcteur
21 et le convertisseur 22. Le microcontrôleur 30 est apte à déterminer si chaque valeur mesurée correspond à la consigne en tension reçue à appliquer entre le circuit correcteur 21 et le convertisseur 22. [0078] De plus, lorsqu’une valeur mesurée ne correspond pas à la valeur de consigne correspondante, le microcontrôleur 30 est configuré pour mettre-à-jour les signaux de commande émis aux interrupteurs T1 , T2, T3, T4, afin de modifier le rapport de conversion du convertisseur 22, afin que la tension mesurée, la tension continue Vw ou la tension continue VDC2I corresponde à la consigne.
[0079] Le microcontrôleur 30 comprend un processeur apte à mettre en œuvre un ensemble d’instructions permettant de réaliser ces fonctions.
[0080] Procédé :
[0081] En référence aux figures 4 et 5, il va maintenant être présenté un mode de réalisation du procédé selon l’invention, mis en œuvre par le microcontrôleur 30 et le système tel que présenté précédemment.
[0082] L’exemple présenté à la figure 5 décrit une fréquence de résonnance définie à 150 kHz, une plage de résonance définie par l’intervalle suivant [135 kHz ; 165 KHz] et une tension moyenne de référence à 400 V.
[0083] Premier mode de réalisation
[0084] Par exemple, un premier mode de réalisation est décrit dans le cas où la batterie 10 fonctionne selon le mode de charge, que le chargeur 20 soit unidirectionnel ou bidirectionnel.
[0085] En référence à la figure 4, le procédé comprend tout d’abord une étape préalable E0 de détermination d’une consigne en gain afin de permettre de recharger la batterie 10.
[0086] Le procédé comprend ensuite une étape de commande E1 du convertisseur 22, lors de laquelle le microcontrôleur 30 émet un signal de commande aux interrupteurs du premier pont H1. La fréquence du signal de commande est déterminée en fonction de la consigne de gain et de la tension aux bornes de la capacité de liaison C20.
[0087] La fréquence du signal de commande est tout d’abord définie sur sa valeur la plus élevée, puisqu’on début de charge de la batterie 10, ladite batterie 10 est peu chargée, par exemple autour de 300 V, et le gain du convertisseur 22 est relativement faible. Puis la fréquence de chaque signal de commande est diminuée pas à pas. En effet, plus la batterie 10 se charge, plus le gain fournit par le convertisseur 22 augmente et donc plus la fréquence du signal de commande diminue.
[0088] Le procédé comprend également une étape de comparaison E2 de la valeur de fréquence du signal de commande avec la plage de résonance, suivie d’une étape de détection E3 lorsque la fréquence du signal de commande est égale à la borne supérieure de la plage de résonance (représenté par le point A sur la figure 5).
[0089] Suite à l’étape de détection E3, le procédé comprend une étape de commande E4 du rapport de conversion du circuit correcteur 21 de facteur de puissance de sorte à diminuer la tension aux bornes de la capacité de liaison C20, de sorte que ladite tension soit égale à 95% de la tension moyenne de fonctionnement de ladite capacité de liaison C20.
[0090] Par exemple, en référence à la figure 5, la tension aux bornes de la capacité de liaison C2oest égale à 380 V et non plus 400 V. La tension fournie par le convertisseur 22 doit augmenter, pour obtenir le gain de la consigne de gain.
[0091] Donc le convertisseur 22 doit augmenter son propre gain, c’est pourquoi il est nécessaire de diminuer la fréquence de chaque signal de commande (puisque la fréquence du signal de commande est inversement proportionnelle au gain en tension du convertisseur 22).
[0092] Le procédé comprend donc, simultanément à l’étape de commande E4, une étape de définition E5 de la fréquence du signal de commande de sorte qu’elle soit inférieure à la borne inférieure de la plage de résonance.
[0093] Ainsi, selon l’exemple présenté à la figure 4, lors de l’étape de définition E5, le microcontrôleur 30 modifie la fréquence du signal de commande de 165 kHz à au plus 135 kHz.
[0094] Le microcontrôleur 30 peut ainsi utiliser toute valeur de fréquence inférieure à la plage de résonance.
[0095] Ainsi la fréquence du signal de commande passe directement d’une valeur supérieure à la plage de résonance à une valeur inférieure à la plage de résonance. Ainsi la fréquence du signal de commande évite la valeur de la fréquence de résonance du convertisseur 22, évitant ainsi les oscillations de courant dans les composants électroniques du chargeur 20 pouvant détériorer lesdits composants électroniques.
[0096] Deuxième mode de réalisation
[0097] Par exemple encore, il va maintenant être décrit un deuxième mode de réalisation du procédé, dans le cas où la batterie 10 fonctionne selon le mode de décharge pour alimenter des équipements reliés au chargeur 20 via le circuit correcteur 22, le chargeur 20 étant donc bidirectionnel. [0098] Le procédé comprend tout d’abord une étape préalable E6 de détermination d’une consigne en gain afin de permettre l’alimentation des équipements reliés au chargeur 20 à partir de l’énergie fournie par la batterie 10.
[0099] Le procédé comprend ensuite une étape de commande E7 du convertisseur 22, lors de laquelle le microcontrôleur 40 émet un signal de commande aux interrupteurs du deuxième pont H2. La fréquence du signal de commande est déterminée en fonction de la consigne de gain et de la tension aux bornes de la capacité de liaison C20.
[0100] La fréquence du signal de commande est tout d’abord définie sur sa valeur la plus faible. En effet, la batterie 10 fonctionne selon le mode de décharge, ce qui signifie que la batterie 10 est chargée à un niveau de charge quasiment maximal. Ainsi, le gain du convertisseur 22 est relativement élevé. Puis la fréquence du signal de commande est augmentée pas à pas. En effet, plus la batterie 10 se décharge, plus le gain fournit par le convertisseur 22 diminue et donc plus la fréquence du signal de commande augmente.
[0101] Le procédé comprend une étape de comparaison E8 de la valeur de fréquence du signal de commande avec la plage de résonance, suivie d’une étape de détection E9 lorsque la fréquence du signal de commande est égale à la borne inférieure de la plage de résonance (représenté par le point B sur la figure 5).
[0102] Suite à l’étape de détection E9, le procédé comprend une étape de commande E10 du rapport de conversion du circuit correcteur 21 de facteur de puissance de sorte à augmenter la tension aux bornes de la capacité de liaison C20, de sorte que ladite tension soit égale à 105% de la tension moyenne de fonctionnement de ladite capacité de liaison C20.
[0103] Par exemple, en référence à la figure 5, la tension aux bornes de la capacité de liaison C2oest égale à 420 V et non plus 400 V. La tension fournie par le convertisseur 22 doit diminuer, pour obtenir le gain de la consigne de gain.
[0104] Donc le convertisseur 22 doit diminuer son propre gain, c’est pourquoi il est nécessaire d’augmenter la fréquence de chaque signal de commande (puisque la fréquence du signal de commande est inversement proportionnelle au gain en tension du convertisseur 22).
[0105] Le procédé comprend donc, simultanément à l’étape de commande E10, une étape de définition E11 de la fréquence du signal de commande de sorte qu’elle soit supérieure à la borne supérieure de la plage de résonance. [0106] Ainsi, selon l’exemple présenté à la figure 5, lors de l’étape de définition E11 , le microcontrôleur 30 modifie la fréquence du signal de commande de 135 kHz à au moins 165 kHz.
[0107] Le microcontrôleur 30 peut ainsi utiliser toute valeur de fréquence supérieure à la plage de résonance.
[0108] Lorsque la batterie 10 fonctionne de nouveau en mode de charge, le procédé reprend à l’étape préalable E0.
[0109] Ainsi la fréquence du signal de commande passe directement d’une valeur inférieure à la plage de résonance à une valeur supérieure à la plage de résonance. Ainsi la fréquence du signal de commande évite la valeur de la fréquence de résonance du convertisseur 22.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système électrique pour véhicule automobile, le véhicule comprenant au moins une batterie (10) d’alimentation, le système électrique comprenant un microcontrôleur (30) et un chargeur (20) électrique, destiné à être connecté d’une part à ladite à la batterie (10) et d’autre part à un réseau électrique externe au véhicule fournissant une tension alternative, le chargeur (20) étant apte à charger la batterie (10) à partir d’un réseau électrique externe, le chargeur (20) comprenant un : un circuit correcteur (21) de facteur de puissance, apte à convertir une tension alternative en une tension continue, la conversion étant caractérisée par un rapport de conversion, et connecté électriquement au réseau électrique, un convertisseur (22) de tension continu-continu, connecté entre le circuit correcteur (21) de facteur de puissance et la batterie (10) et apte à convertir une tension continue en une autre tension continue, ledit convertisseur (22) de tension continu-continu comprenant un premier pont en H, et un deuxième pont en H, chaque pont en H comprenant quatre interrupteurs (T1 , T2, T3, T4), un premier interrupteur (T1) étant connecté entre un point haut (PH) et un point milieu (PM1), un deuxième interrupteur (T2) étant relié entre le point milieu (PM1) et un point bas (PB), un troisième interrupteur (T3) étant relié entre le point haut (PH) et un deuxième point milieu (PM2) et un quatrième interrupteur (T4) étant relié entre le deuxième point milieu (PM2) et le point bas (PB), le convertisseur (22) de tension comprenant également un transformateur (Tr) connectant électriquement le premier pont en H et le deuxième pont en H, le convertisseur (22) est caractérisé par une fréquence dite de « résonance », désignant la fréquence pour laquelle la tension et le courant aux bornes du convertisseur (22) sont en phase, et par une plage de résonance dont la borne inférieure est égale à 0,9 fois la fréquence de résonance et dont la borne supérieure est égale à 1 ,1 fois la fréquence de résonance, une capacité de liaison (C20) connectée entre le circuit correcteur (21) de facteur de puissance et le convertisseur (22) de tension continu-continu, apte à atténuer les oscillations résiduelles de la tension fournie entre le circuit correcteur (21) de facteur de puissance et le convertisseur (22) de tension continu-continu, la capacité de liaison (C20) est caractérisée par une tension moyenne de fonctionnement, le microcontrôleur (30) est configuré pour : a) commander l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur (T1 , T2, T3, T4) du premier pont (H1) et du deuxième pont (H2) du convertisseur (22) de tension continu- continu par l’émission d’un signal de commande à chaque interrupteur (T1 , T2, T3, T4), chaque signal de commande étant caractérisé par une fréquence, b) commander le rapport de conversion du circuit correcteur (21), c) lorsque la batterie charge, si la fréquence du signal de commande est égale à la borne supérieure de la plage de résonance : i) commander le rapport de conversion du circuit correcteur (21) de facteur de puissance de sorte à diminuer la tension aux bornes de la capacité de liaison (C20) , de sorte que ladite tension soit égale à 95% de la tension moyenne de fonctionnement de ladite capacité de liaison (C20), ii) définir la fréquence de chaque signal de commande de sorte qu’elle soit inférieure à la borne inférieure de la plage de résonance.
[Revendication 2] Système électrique selon la revendication précédente dans lequel le chargeur (20) est destiné à être connecté d’une part ladite à la batterie (10) et d’autre part à des équipements, le chargeur (20) est apte à permettre à la batterie (10) d’alimenter lesdits équipements, le convertisseur (22) étant bidirectionnel et le circuit correcteur (21) de facteur de puissance, connecté électriquement aux équipements, étant apte à convertir une tension continue en une tension alternative, le microcontrôleur (30) est configuré pour, lorsque la batterie (10) se décharge et si la fréquence du signal de commande est égale à la borne inférieure de la plage de résonance : a) commander le rapport de conversion du circuit correcteur (21) de facteur de puissance de sorte à augmenter la tension aux bornes de la capacité de liaison (C20) , de sorte que ladite tension soit égale à 105% de la tension moyenne de fonctionnement de ladite capacité de liaison (C20), b) définir la fréquence de chaque signal de commande de sorte qu’elle soit supérieure à la borne supérieure de la plage de résonance.
[Revendication 3] Système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : a) le transformateur (Tr) du convertisseur (22) comprend un enroulement primaire et un enroulement secondaire, chaque enroulement comprenant une première borne et une deuxième borne, b) le convertisseur (22) comprend un premier circuit résonant (CR1) comprenant une capacité résonante (C1) et une bobine (L1) connectées en série, la capacité résonante (C1) du premier circuit résonant (CR1) étant connectée électriquement au 19 premier point milieu (PM1) du premier pont (H 1), et la bobine (L1) du premier circuit résonant (CR1) étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement primaire du transformateur (Tr).
[Revendication 4] Système électrique selon la revendication précédente dans lequel le convertisseur (22) comprend une bobine supplémentaire (Ls), connectée en parallèle de l’enroulement primaire du transformateur (Tr).
[Revendication 5] Système électrique selon l’une quelconque des revendications 3 et 4, dans lequel le convertisseur (22) comprend un deuxième circuit résonant (CR2) comprenant une capacité résonante (C2) et une bobine (L2) connectées en série, la capacité résonante (C2) du deuxième circuit résonant (CR2) étant connectée électriquement au premier point milieu (PM1) du deuxième pont (H2), et la bobine (L2) du deuxième circuit résonant (CR2) étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement secondaire du transformateur (Tr).
[Revendication 6] Système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque interrupteur (T1 , T2, T3, T4) désigne un transistor MOSFET ou bipolaire.
[Revendication 7] Véhicule automobile comprenant au moins une batterie (10) et au moins un système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
[Revendication 8] Procédé de commande du signal de commande d’un convertisseur (22) de système électronique pour véhicule automobile, selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, lorsque la batterie charge (10), si la fréquence du signal de commande est égale à la borne supérieure de la plage de résonance, le procédé comprenant les étapes : a) commande (E4) du rapport de conversion du circuit correcteur (21) de facteur de puissance de sorte à diminuer la tension aux bornes de la capacité de liaison (C20), de sorte que ladite tension soit égale à 95% de la tension moyenne de fonctionnement de ladite capacité de liaison (C20), b) définition (E5) de la fréquence du signal de commande de sorte qu’elle soit inférieure à la borne inférieure de la plage de résonance.
[Revendication 9] Procédé selon la revendication précédente, mis en œuvre par un système électrique selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, lorsque la batterie (10) se décharge et si la fréquence du signal de commande est égale à la borne inférieure de la plage de résonance, le procédé comprenant les étapes de : 20 a) commande (E10) du rapport de conversion du circuit correcteur (21) de facteur de puissance de sorte à augmenter la tension aux bornes de la capacité de liaison (C20), de sorte que ladite tension soit égale à 105% de la tension moyenne de fonctionnement de ladite capacité de liaison (C20), b) définition (E11) de la fréquence du signal de commande de sorte qu’elle soit supérieure à la borne supérieure de la plage de résonance.
[Revendication 10] Produit programme d’ordinateur caractérisé en ce qu’il comporte un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconques des revendications 8 à 9.
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