WO2023057161A1 - Systeme electrique pour vehicule automobile - Google Patents

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WO2023057161A1
WO2023057161A1 PCT/EP2022/074877 EP2022074877W WO2023057161A1 WO 2023057161 A1 WO2023057161 A1 WO 2023057161A1 EP 2022074877 W EP2022074877 W EP 2022074877W WO 2023057161 A1 WO2023057161 A1 WO 2023057161A1
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WO
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voltage
battery
operating mode
switch
converter
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Application number
PCT/EP2022/074877
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Inventor
Roland D'AUTHIER
Cédric LAURENT
Michel AUSSEL
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
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    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
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    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current

Definitions

  • 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 or not in the vehicle and the electrical machine of the vehicle.
  • the voltage at the terminals of the battery is for example defined at around 200 or 400 volts.
  • the vehicle also includes an on-board charger, better known as OBC for "On Board Charger" in English.
  • OBC On Board Charger
  • the on-board charger is connected on the one hand to the battery and on the other hand to equipment external to the vehicle or to a power supply network.
  • the on-board charger When the on-board charger is electrically connected to equipment such as a cooler or a drill, the on-board charger is said to operate according to the mode called "V2L” by those skilled in the art, for “Vehicle-to-Load in English, in which the on-board charger converts the direct voltage supplied by the battery into an alternating voltage in order to supply various electrical equipment in the vehicle. Furthermore, when the on-board charger is connected to an electrical power supply network, the on-board charger operates according to a “V2G” mode by those skilled in the art, for “Vehicle-to-Grid” in English, in which the charger board converts the alternating voltage supplied by the power supply network 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 smoothing capacitor electrically connected in parallel between the power factor correction circuit and the current converter and a microcontroller capable of controlling the power factor correction circuit.
  • PFC Power Factor Corrector
  • the DC-DC converter is capable of converting the DC voltage supplied by the battery into another DC voltage value, between approximately 200 and 400 V.
  • the smoothing capacitor makes it possible to suppress the residual oscillations of the DC voltage supplied by the DC-DC converter.
  • the power factor corrector is the element of the on-board charger capable of converting the smoothed DC voltage into an AC voltage capable of supplying the equipment connected to the on-board charger.
  • the microcontroller is in particular capable of controlling the power factor corrector circuit in order to define the value of the DC voltage provided by the power factor between 400 and 800 V depending on the state of charge of the battery.
  • the invention relates to an electrical system for a motor vehicle, the vehicle comprising at least one supply battery, the electrical system comprising an electric charger, intended to be connected on the one hand to said battery and to on the other hand to an electrical network external to the vehicle supplying an alternating voltage or to electrical equipment, and a microcontroller, the charger being able to charge the battery from an external electrical network or to allow the battery to supply said equipment, the charger comprising a DC-DC voltage converter, connected on the one hand to 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 midpoint, a second switch being connected between the midpoint 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 second midpoint and the low point, the voltage converter also comprising a transformer electrically connecting the first H-bridge and the second
  • the microcontroller is remarkable in that it is configured for:
  • the electrical system only authorizes switching from the first operating mode to the second operating mode or vice versa if this switching is really necessary: either in the event of a high power demand, or in the event of a limited power demand. but over a significantly long period of time.
  • the electrical system makes it possible to avoid switching from one mode to another at the slightest current draw due to the connection of equipment to be powered to the charger.
  • the electrical system makes it possible not to change mode when a current inrush is induced by regulation instability.
  • the second threshold is greater than the first threshold.
  • the charger of the electrical system comprises a power factor corrector circuit, capable of converting an alternating voltage into a direct voltage, said corrector circuit being electrically connected to the converter and capable of being connected on the other hand to a electrical network external to the vehicle supplying alternating voltage or to electrical equipment.
  • the on-board charger comprises a link capacitor connected between the power factor corrector circuit and the DC-DC voltage converter, able to attenuate the residual oscillations of the voltage supplied between the power factor corrector circuit power and the DC-DC voltage converter.
  • the converter comprises: a. a transformer comprising a primary winding and a secondary winding, each winding comprising a first terminal and a second terminal, b. a first resonant circuit comprising a resonant capacitance 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 transformer primary winding, c.
  • the converter comprises an additional coil, connected in parallel with the primary winding of the transformer.
  • the additional coil can be internal or external to the transformer.
  • the converter corresponds to a CLLLC type resonant DC-DC voltage converter.
  • 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 according to any one of the preceding claims.
  • the invention also relates to a method for activating and deactivating the first operating mode and the second operating mode of an electrical system according to any one of the preceding claims, the method being characterized in that it includes the steps of: a. filtering of the current variation received, b. when the converter operates according to the second operating mode, activating the first operating mode if: i. at least one value of the variation of the filtered current is greater than the first threshold, or ii. at least one value of the current variation received is greater than the second threshold, c. when the converter operates according to the first operating mode: activation of the second operating mode if the value of the current received is lower than the third threshold.
  • 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 Figure 1 schematically illustrates the electrical system according to the invention
  • Figure 2 shows the electronic circuit of the charger converter of the electrical system according to Figure 1
  • FIG. 3 shows the correspondence table according to the invention
  • Figure 4 shows a first example of the variation of the current received by the microcontroller and the variation of the current received and filtered by the microcontroller as a function of the voltage at the terminals of the battery, and of the first and the second threshold according to the invention
  • Figure 5 shows a second example of the variation of the current received by the microcontroller and the variation of the current received and filtered by the microcontroller as a function of the voltage at the terminals of the battery, and of the first and the second threshold according to the invention
  • FIG. 6 Figure 6 schematically illustrates the method according to the invention.
  • the vehicle is in particular an electric or hybrid vehicle and comprises in particular an electric machine capable of converting electrical energy into mechanical energy in order to drive the wheels of the vehicle in rotation.
  • the electric machine therefore corresponds to the electric propulsion motor of the vehicle.
  • the vehicle also includes a power supply battery 10 and an electrical system including an on-board charger 20 and a microcontroller 40.
  • the power supply battery 10 is in particular capable of operating in a discharge mode, in which the battery 10 supplies energy to equipment mounted in the vehicle or other equipment external to the vehicles that would be connected to the battery 10 or the electric machine.
  • Battery 10 is also capable of operating in a charging mode, in which battery 10 is capable of being charged from electrical energy supplied by an electrical network electrically connected to battery 10.
  • the voltage of battery 10 can be defined between 400 V or 800 V.
  • the charger 20 is connected on the one hand to the battery 10.
  • the charger 20 comprises a connector 23 adapted to be connected to equipment 50 external or not to the vehicle or to an electrical supply network 60 external to the vehicle capable of supplying an alternating voltage.
  • the charger 20 is said to be “bidirectional”. Indeed, when the charger 20 is connected to an electrical network 60 and the battery operates according to the state of charge, the charger 20 operates according to a so-called "V2G” mode, for "Vehicle to Grid” in English, in which the on-board charger 20 is capable of converting the alternating voltage supplied by the electrical network 60 into a direct voltage capable of charging the battery 10.
  • V2G so-called "V2G” mode
  • the on-board charger 20 is capable of converting the alternating voltage supplied by the electrical network 60 into a direct voltage capable of charging the battery 10.
  • charger 20 when equipment 50 is connected to charger 20, battery 10 operates according to the state of discharge, charger 20 operates according to a so-called "V2L" mode, for "Vehicle to Load” in English. English, and is capable of converting the direct voltage supplied by the battery 10 into an alternating voltage capable of supplying the equipment 50.
  • the charger 20 comprises a power factor correction circuit 21, 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 electrically connected to equipment 50 of the vehicle or external to the vehicle or to an electrical network 60 .
  • the power factor corrector circuit 21 is capable of converting an alternating voltage VAC into a direct voltage VDC2I and vice versa.
  • the DC-DC voltage converter 22 is capable of converting a DC voltage VDC22 into another DC voltage V10.
  • the conversion ratio between the DC voltage VDC22 and the DC voltage V10 is variable and in particular defined by a value lying over an interval defined between 0.4 and 1.3.
  • Binding capacity C20 The connection capacitor C20 is capable of attenuating the residual oscillations of the DC voltage supplied between the power factor corrector circuit 21 and the converter 22 of DC-DC voltage.
  • the corrector circuit 21 when the battery 10 operates in charge mode, the corrector circuit 21 is connected to an electrical network 60.
  • the corrector circuit 21 converts the alternating voltage supplied by the electrical network 60 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 makes it possible to suppress the residual oscillations of the voltage continues VDC2I .
  • the converter 22 converts the DC voltage VDC22 without residual oscillations into a DC voltage V10 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 50 to be powered.
  • the converter 22 converts the DC voltage V10 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 oscillations residual voltages, for example at plus or minus 30 V.
  • the connection capacitor C20 makes it possible to suppress the residual oscillations of the DC voltage VDC22.
  • the corrector circuit 21 converts the direct voltage VDC2I without residual oscillations defined substantially at 400 V into an alternating voltage suitable for supplying electrical energy to the equipment 50 connected to said corrector circuit 21.
  • the value of the maximum DC voltage applied to the terminals of the connection capacitor C20 is substantially equal to or close to 400 V.
  • the nominal voltage of the connection capacitor C20 is chosen according to this DC voltage constraint.
  • the connection capacitor C20 has a nominal voltage at least greater than the maximum DC voltage applied to it.
  • the connection capacitor C20 has a nominal voltage slightly higher than the maximum DC voltage applied to it.
  • Converter 22 corresponds to a resonant DC-DC voltage converter CLLC or CLLCC.
  • the converter 22 corresponds to a CLLC resonant DC-DC voltage converter and comprises a transformer Tr, a first H bridge, designated H1 in Figure 2, a second H bridge, designated H2, in FIG. 2, a first resonant circuit CR1 and a second resonant circuit CR2.
  • 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 T1, T2, T3, T4 can designate any type of switch, 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 second resonant circuit CR2 comprises a resonant capacitor C2 and a coil L2 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 , and 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 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 transformer Tr.
  • 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 between the terminals of the secondary winding equal to the voltage applied between the terminals of the first winding. This ratio of 1 between the output voltage and the voltage applied between the terminals of the first winding can be modified.
  • the converter 22 also includes an additional coil (not shown in the figures) in parallel with the primary winding of the transformer Tr.
  • the additional coil may be internal or external to the transformer Tr.
  • the converter 22 corresponds to a CLLLC-type resonant DC-DC voltage converter.
  • the first bridge H1 is also capable of operating according to a first mode of operation in which the first switch T1 and the fourth switch T4 are opened and closed simultaneously. Moreover, in the first operating mode, the second switch T2 and the third switch T3 are opened and closed simultaneously unlike the first switch T1 and the fourth switch T4.
  • the first mode of operation is known to those skilled in the art by the name “Full-Bridge”.
  • the first bridge H1 is capable of operating according to a second mode of operation, in which the fourth switch T4 is always closed, the third switch T3 is always open, and the first switch T 1 and the second switch T2 are open alternately.
  • the second mode of operation is known to those skilled in the art by the name “Half-Bridge”.
  • the second mode of operation makes it possible in particular to reduce the voltage gain of the converter 22 with respect to the voltage gain of the converter 22 when it operates according to the first mode of operation.
  • the microcontroller 40 is connected to the charger 20.
  • the microcontroller 40 comprises a regulator 30 and more precisely a PID regulator, for “proportional, integral, derivative”.
  • the regulator 30 is capable of obtaining the value of the DC voltage Vw measured between the converter 22 and the battery 10.
  • the regulator 30 is capable of obtaining the value of the voltage VAC measured between the corrector circuit 21 and the electrical equipment 50 (or the electrical network 60) connected to said corrector circuit 21 .
  • the regulator 30 is also capable of receiving the voltage setpoint to be applied between the converter 22 and the battery 10 and/or the voltage setpoint to be applied between the corrector circuit 21 and the electrical equipment 50 connected to said corrector circuit 21 .
  • the regulator 30 is capable of determining whether each measured value corresponds to the received voltage setpoint to be applied.
  • the regulator 30 is configured to issue at least one instruction to the microcontroller 40 in order to modify the conversion ratio of the converter 22, so that each value measured corresponds to the corresponding setpoint.
  • the instruction sent by the regulator 30 notably comprises a command frequency value.
  • the regulator 30 is also capable of measuring the current across the terminals of the battery 10.
  • the microcontroller 40 is capable of periodically receiving the value of the current across the terminals of the battery 10 measured by the regulator 30.
  • the microcontroller 40 is capable of controlling the converter 22. More specifically, the microcontroller 40 is capable of controlling the opening and closing of each switch T1, T2, T3, T4 of the first bridge H1 and of the second bridge H2. Thus, the microcontroller 40 is able to control the activation and deactivation of the first mode of operation and the activation and deactivation of the second mode of operation of the first bridge H1 and of the second bridge H2.
  • the microcontroller 40 is capable of controlling the opening and closing of each switch T1, T2, T3, T4 of the first bridge H1 and of the second bridge H2, in particular by the method of frequency modulation.
  • the microcontroller 40 sends a control signal to each switch T1, T2, T3, T4.
  • Each control signal is defined by a periodic signal in crenel, the duty cycle of which is in particular 50%.
  • the control signal relating to a switch T1, T2, T3, T4 alternates between a so-called “high” state making it possible to control the closing of said switch, and a so-called “low” state making it possible to control the opening of said switch. It can also be the opposite case, the high state can control the opening of said switch and the low state can control the closing of said switch.
  • Each control signal is therefore characterized by a frequency. More precisely, a first range of frequencies defines the set of frequencies of the control signal (and therefore the set of opening and closing frequencies of the switches T1, T2, T3, T4) for which the first bridge H1 or the second bridge H2 operates according to the first mode of operation. Similarly, a second range of frequencies defines the set of frequencies of the control signal (and therefore the set of opening and closing frequencies of the switches T1, T2, T3, T4) for which the first bridge H1 or the second bridge H2 operates according to the second operating mode.
  • the microcontroller 40 when the microcontroller 40 activates the first mode of operation, respectively the second mode of operation, of the first bridge H1 or of the second bridge H2, the microcontroller 40 defines the frequency of each control signal emitted to the switches T1, T2, T3, T4 of said bridge by selecting a value from the first, respectively the second, range of frequencies.
  • the microcontroller 40 controls the switches T1, T2, T3, T4 of the first bridge H1 so that the first bridge H1 operates according to the first mode of operation or the second mode of operation. and the switches T1, T2, T3, T4 of the second bridge H2 so that the second bridge H2 operates as a rectifier bridge.
  • the microcontroller 40 controls the switches T1, T2, T3, T4 of the second bridge H2 so that the second bridge H2 operates according to the first mode of operation or the second mode of operation. operation, and the switches T1, T2, T3, T4 of the first bridge H1 so that it functions as a rectifier bridge.
  • the microcontroller 40 is able to control the activation and deactivation of the first mode of operation and the activation and deactivation of the second mode of operation of the first bridge H1 and of the second bridge H2.
  • the microcontroller 40 is also capable of receiving the value of the current at the terminals of the battery 10 and of the voltage at the terminals of the battery 10. The microcontroller 40 therefore receives the variation of the current at the terminals of the battery 10.
  • the microcontroller 40 is also configured to filter the variation in current received. This makes it possible in particular to attenuate the current peaks.
  • the filter is for example a so-called "low-pass" filter, the cut-off frequency of which is for example of the order of 10 Hz.
  • the microcontroller 40 When the converter 22 operates according to the second mode of operation and a device 50 is connected to the connector 23 of the charger 20, the microcontroller 40 is capable of determining the need to change the mode of operation of the H-bridge of the converter 22.
  • the microcontroller 40 also includes a memory area (not shown in the figures) in which is recorded a correspondence table representing the current l ba tt at the terminals of the battery 10 according to of the voltage across the terminals of the battery Vbatt and comprising:
  • an intermediate zone Z3 connecting the first zone Z1 and the second zone Z2 and defining all the combinations of a voltage value at the terminals of the battery 10 and a current value at the terminals of the battery 10, associated with the first operating mode or the second operating mode.
  • the intermediate zone Z3 comprises a plurality of thresholds: a first threshold S1, a second threshold S2 and a third threshold S3.
  • the first threshold S1 defines the condition for switching from the second operating mode HB to the first operating mode FB for the variation of the filtered current.
  • the first threshold S1 is defined by a linear portion then by a constant portion.
  • linear portion l Si of the first threshold S1 is defined by the following equation:
  • I S1 a if * V BATT + b if
  • the constant portion is defined by the thermal performance of the converter 22.
  • this value is for example between 10 and 15 A, preferably it is equal to 11 A, for a single-phase 7 kW charger.
  • the second threshold S2 defines the condition for passing from the second operating mode HB to the first operating mode FB for the variation of the unfiltered current.
  • the second threshold S2 is defined by a constant value greater than the value defining the constant portion of the first threshold S1. For example, the second threshold is equal to 12.5 A.
  • the third threshold S3 defines the condition for switching from the first operating mode FB to the second operating mode HB.
  • the third threshold S3 is defined by a linear portion then by a constant portion.
  • the third threshold S3 is lower than the first threshold S1.
  • the linear portion Iss of the third threshold S3 is defined by the following equation:
  • the constant portion is defined by the thermal performance of the converter 22.
  • this value is for example between 10 and 15, preferably it is equal to 10 A.
  • the microcontroller 40 includes a processor capable of implementing a set of instructions allowing these functions to be performed.
  • the method firstly comprises a phase of periodic reception PO, by the microcontroller 40 of the value of the current measured at the terminals of the battery 10 by the regulator 30, and of the value of the voltage measured at the terminals of the battery 10.
  • the microcontroller 40 receives the variation of the current measured at the terminals of the battery 10.
  • the method also includes a step E1 of filtering the variation in current received by the microcontroller 40
  • the method comprises an activation step E2 of the first operating mode of the second bridge H2 of the converter 22, when at least one value of the variation of the filtered current is greater than the first threshold S1.
  • the first operating mode is activated, since the variation of the filtered current I batt_F is greater than the first threshold S1.
  • the process thus makes it possible to activate the first mode of operation when the variation of the filtered current I ba tt_F, representing the demand for supplying current to the battery 10, has gradually increased until it is greater than the first threshold S1.
  • the method comprises a step E2′ of activating the first operating mode of the second bridge H2 of the converter 20, when at least one value of the received variation of the current (unfiltered) is greater than the second threshold S2.
  • the first mode of operation is activated, since the variation of the (unfiltered) current I batt is greater than the second threshold S2.
  • the second threshold S2 thus makes it possible to activate the first mode of operation when the variation of the current I ba tt, representing the current demand to be supplied by the battery 10, increases sharply over a relatively short period of time.
  • the method comprises an activation step E3 of the second operating mode of the second bridge H2 of the converter 20, when the current value received is lower than the third threshold S3.
  • the voltage supplied by the charger 20 to the connector 23 decreases.
  • the method thus makes it possible to adapt the voltage supplied by the charger 20 if an item of equipment 50 is connected to charger 20 or disconnected from charger 20.
  • the method can also be implemented in a similar way when the electrical network 60 is electrically connected to the charger 20 (and therefore the charger 20 operates according to the V2G mode). However, in this case, the control signal will not be sent to the switches T1, T2, T3, T4 of the second bridge H2, but to the switches of the first bridge H1.

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Abstract

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

Description

DESCRIPTION
SYSTEME ELECTRIQUE POUR VEHICULE AUTOMOBILE
[Domaine technique]
[0001] L’invention concerne le domaine des véhicules électriques ou hybrides et plus précisément des systèmes électriques pour véhicule électriques ou hybrides, comprenant un chargeur embarqué et un microcontrôleur, et le procédé mis en œuvre par ledit système électrique.
[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 ou non dans le véhicule et la machine électrique du véhicule. La tension aux bornes de la batterie est par exemple définie aux environs de 200 ou de 400 volts.
[0003] Le véhicule comprend également un chargeur embarqué, plus connu sous l’appellation OBC pour « On Board Charger » en langue anglaise. Le chargeur embarqué est connecté d’une part à la batterie et d’autre part à un équipement externe au véhicule ou à un réseau d’alimentation électrique.
[0004] Lorsque le chargeur embarqué est relié électriquement à un équipement tel qu’une glacière ou une perceuse, on dit que le chargeur embarqué fonctionne selon le mode appelé « V2L » par l’homme du métier, pour « Vehicle-to-Load » en langue anglaise, dans lequel le chargeur embarqué convertit la tension continue fournie par la batterie en une tension alternative afin d’alimenter différents équipements électriques du véhicule. Par ailleurs, lorsque le chargeur embarqué est connecté à un réseau d’alimentation électrique, le chargeur embarqué fonctionne selon un mode « V2G » par l’homme du métier, pour « Vehicle-to-Grid » en langue anglaise, dans lequel le chargeur embarqué convertit la tension alternative fournie par le réseau d’alimentation en tension continue afin de recharger la batterie.
[0005] Un chargeur embarqué comprend notamment un circuit correcteur de facteur de puissance, connu sous l’appellation « PFC » pour « Power Factor Corrector » en langue anglaise, un convertisseur de courant continu-continu, une capacité de lissage connectée électriquement en parallèle entre le circuit correcteur de facteur de puissance et le convertisseur de courant et un microcontrôleur apte à commander le circuit correcteur de facteur de puissance. [0006] Plus précisément, lorsque le chargeur embarqué fonctionne selon le mode V2L, le convertisseur de courant continu-continu est apte à convertir la tension continue fournie par la batterie en une autre valeur de tension continue, comprise entre 200 et 400 V environ. La capacité de lissage permet de supprimer les oscillations résiduelles de la tension continue fournie par le convertisseur de courant continu-continu. Enfin le correcteur de facteur de puissance est l’élément du chargeur embarqué apte à convertir la tension continue lissée en une tension alternative apte à alimenter l’équipement connecté au chargeur embarqué.
[0007] Le microcontrôleur est notamment apte à commander le circuit correcteur de facteur de puissance afin de définir la valeur de la tension continue fournie par le facteur de puissance entre 400 et 800 V en fonction de l’état de charge de la batterie.
[0008] Les différents composants électroniques du circuit correcteur de facteur de puissance et du convertisseur de courant continu-continu et la capacité de lissage doivent être adaptés pour supporter des tensions allant jusqu’à 800 V, pour ne pas être détériorés.
[0009] Cependant, lorsque le chargeur embarqué fonctionne selon le mode V2L et qu’une puissance élevée est requise instantanément au chargeur embarqué afin d’alimenter un équipement, cela provoque des fluctuations de tensions et d’intensité dans le chargeur embarqué, pouvant notamment créer des instabilités de courant dans le chargeur embarqué, et notamment des microcoupures de courant.
[0010] Une solution est donc nécessaire afin de pallier au moins en partie, ces inconvénients.
[Exposé de l’invention]
[0011] A cette fin, l’invention concerne un système électrique pour véhicule automobile, le véhicule comprenant au moins une batterie d’alimentation, le système électrique comprenant un chargeur électrique, destiné à être connecté d’une part ladite à batterie et d’autre part à un réseau électrique externe au véhicule fournissant une tension alternative ou à des équipements électriques, et un microcontrôleur, le chargeur étant apte à charger la batterie à partir d’un réseau électrique externe ou à permettre à la batterie d’alimenter lesdits équipements, le chargeur comprenant un convertisseur de tension continu-continu, connecté d’une part à la batterie et apte à convertir une tension continue en une autre tension continue, ledit convertisseur de tension continu-continu comprenant un premier pont en H, et un deuxième pont en H, chaque pont en H comprenant quatre interrupteurs, un premier interrupteur étant connecté entre un point haut et un point milieu, un deuxième interrupteur étant relié entre le point milieu et un point bas, un troisième interrupteur étant relié entre le point haut et un deuxième point milieu et un quatrième interrupteur étant relié entre le deuxième point milieu et le point bas, le convertisseur de tension comprenant également un transformateur connectant électriquement le premier pont en H et le deuxième pont en H, chaque pont en H étant apte à fonctionner selon : i) un premier mode de fonctionnement dans lequel le premier interrupteur et le quatrième interrupteur sont ouverts et fermés simultanément, le deuxième interrupteur et le troisième interrupteur sont ouverts et fermés simultanément à l’inverse du premier interrupteur et du quatrième interrupteur, ii) un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le quatrième interrupteur est toujours fermé, le troisième interrupteur est toujours ouvert, et le premier interrupteur et le deuxième interrupteur sont ouverts et fermés alternativement, le microcontrôleur est configuré pour recevoir la valeur du courant aux bornes de la batterie et comprend une zone mémoire dans laquelle est enregistrée une table de correspondance représentant le courant aux bornes de la batterie en fonction de la tension aux bornes de la batterie et comprenant une zone intermédiaire, définissant l’ensemble des combinaisons d’une valeur de tension aux bornes de la batterie et d’une valeur de courant aux bornes de la batterie, associées au premier mode de fonctionnement ou au deuxième mode de fonctionnement, ladite table de correspondance comprenant une pluralité de seuils : a. un premier seuil définissant la condition de passage du deuxième mode de fonctionnement vers le deuxième mode de fonctionnement pour la variation de courant reçue et filtrée, b. un deuxième seuil définissant la condition de passage du deuxième mode de fonctionnement vers le premier mode de fonctionnement pour la variation de courant reçue, c. et un troisième seuil définissant la condition de passage du premier mode de fonctionnement vers le deuxième mode de fonctionnement, le microcontrôleur est remarquable en ce qu’il est configuré pour :
1. filtrer la variation du courant reçue,
2. lorsque le convertisseur fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement, commander l’activation du premier mode de fonctionnement si : i) au moins une valeur de la variation du courant reçue filtrée est supérieure au premier seuil, ou ii) au moins une valeur de la variation du courant reçue est supérieure au deuxième seuil, 3. lorsque le convertisseur fonctionne selon le premier mode de fonctionnement : commander l’activation du deuxième mode de fonctionnement si la valeur du courant reçue est inférieure au troisième seuil.
[0012] Le système électrique n'autorise le passage du premier mode de fonctionnement au deuxième mode de fonctionnement ou inversement que si ce passage est réellement nécessaire : soit en cas de fort appel de puissance, soit en cas d'un appel de puissance limité mais sur un laps de temps significativement important. Autrement dit, le système électrique permet d’éviter le passage d’un mode à un autre au moindre appel en courant dû à la connexion d’un équipement à alimenter au chargeur. De plus, le système électrique permet de ne pas changer de mode lorsqu’un appel en courant est induit par une instabilité de régulation.
[0013] De préférence, le deuxième seuil est supérieur au premier seuil.
[0014] De préférence, le chargeur du système électrique comprend un circuit correcteur de facteur de puissance, apte à convertir une tension alternative en une tension continue, ledit circuit correcteur étant connecté électriquement au convertisseur et apte à être connecté d’autre part à un réseau électrique externe au véhicule fournissant une tension alternative ou à des équipements électriques.
[0015] De préférence encore, le chargeur embarqué comprend une capacité de liaison connectée entre le circuit correcteur de facteur de puissance et le convertisseur de tension continu-continu, apte à atténuer les oscillations résiduelles de la tension fournie entre le circuit correcteur de facteur de puissance et le convertisseur de tension continu-continu.
[0016] De préférence encore, le convertisseur comprend : a. un transformateur comprenant un enroulement primaire et un enroulement secondaire, chaque enroulement comprenant une première borne et une deuxième borne, b. un premier circuit résonant comprenant une capacité résonante et une bobine connectées en série, la capacité résonante du premier circuit résonant étant connectée électriquement au premier point milieu du premier pont, et la bobine du premier circuit résonant étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement primaire du transformateur, c. un deuxième circuit résonant comprenant une capacité résonante et une bobine connectées en série, la capacité résonante du deuxième circuit résonant étant connectée électriquement au premier point milieu du deuxième pont, et la bobine du deuxième circuit résonant étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement secondaire du transformateur. [0017] De préférence encore, le convertisseur comprend une bobine supplémentaire, connectée en parallèle de l’enroulement primaire du transformateur. Notamment, la bobine supplémentaire peut être interne ou externe au transformateur. Lorsque la bobine supplémentaire est externe au transformateur, le convertisseur correspond à un convertisseur de tension continu-continu résonant de type CLLLC.
[0018] De manière avantageuse, chaque interrupteur désigne un transistor MOSFET ou bipolaire.
[0019] L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant au moins une batterie et au moins un système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
[0020] L’invention concerne également un procédé d’activation et de désactivation du premier mode de fonctionnement et du deuxième mode de fonctionnement d’un système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de : a. filtrage de la variation du courant reçue, b. lorsque le convertisseur fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement, activation du premier mode de fonctionnement si : i. au moins une valeur de la variation du courant filtré est supérieure au premier seuil, ou ii. au moins une valeur de la variation du courant reçue est supérieure au deuxième seuil, c. lorsque le convertisseur fonctionne selon le premier mode de fonctionnement : activation du deuxième mode de fonctionnement si la valeur du courant reçue est inférieure au troisième seuil.
[0021] 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]
[0022] 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 :
[0023] [Fig 1] La figure 1 illustre schématiquement le système électrique selon l’invention, [0024] [Fig 2] La figure 2 représente le circuit électronique du convertisseur du chargeur du système électrique selon la figure 1 ,
[0025] [Fig 3] La figure 3 représente la table de correspondance selon l’invention,
[0026] [Fig 4] La figure 4 représente un premier exemple de la variation du courant reçu par le microcontrôleur et la variation du courant reçue et filtrée par le microcontrôleur en fonction de la tension aux bornes de la batterie, et du premier et du deuxième seuil selon l’invention,
[0027] [Fig 5] La figure 5 représente un deuxième exemple de la variation du courant reçu par le microcontrôleur et la variation du courant reçue et filtrée par le microcontrôleur en fonction de la tension aux bornes de la batterie, et du premier et du deuxième seuil selon l’invention,
[0028] [Fig 6] La figure 6 illustre schématiquement le procédé selon l’invention.
[Description des modes de réalisation]
[0029] Véhicule
[0030] 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 notamment 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 au moteur électrique de propulsion du véhicule.
[0031] En référence à la figure 1 , le véhicule comprend également une batterie 10 d’alimentation et un système électrique comprenant un chargeur embarqué 20 et un microcontrôleur 40.
[0032] Batterie 10
[0033] La batterie 10 d’alimentation électrique est notamment apte à fonctionner selon un mode de décharge, dans lequel la batterie 10 alimente en énergie des équipements montés dans le véhicule ou d’autres équipements externes aux véhicules que l’on viendrait connecter à la batterie 10 ou la machine électrique.
[0034] La batterie 10 est également apte à fonctionner selon un mode de charge, dans lequel la batterie 10 est apte à se charger à partir de l’énergie électrique fournie par un réseau électrique connecté électriquement à la batterie 10.
[0035] Par exemple la tension de la batterie 10 peut être définie entre 400 V ou 800 V.
[0036] Chargeur 20 [0037] 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. D’autre part, le chargeur 20 comprend un connecteur 23 apte à être relié à un équipement 50 extérieur ou non au véhicule ou à un réseau électrique 60 d’alimentation externe au véhicule apte à fournir une tension alternative.
[0038] Le chargeur 20 est dit « bidirectionnel ». En effet, lorsque le chargeur 20 est connecté à un réseau électrique 60 et que la batterie fonctionne selon l’état de charge, le chargeur 20 fonctionne selon un mode dit « V2G », pour « Vehicle to Grid » en langue anglaise, dans lequel le chargeur 20 embarqué est apte à convertir la tension alternative fournie par le réseau 60 électrique en une tension continue apte à charger la batterie 10.
[0039] D’autre part, lorsqu’un équipement 50 est connecté au chargeur 20, la batterie 10 fonctionne selon l’état de décharge, le chargeur 20 fonctionne selon un mode dit « V2L », pour « Vehicle to Load » en langue anglaise, et est apte à convertir la tension continue fournie par la batterie 10 en une tension alternative apte à alimenter l’équipement 50.
[0040] Plus précisément, le chargeur 20 comprend un circuit correcteur 21 de facteur de puissance, 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.
[0041] 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 50 du véhicule ou extérieur au véhicule ou à un réseau électrique 60.
[0042] Circuit correcteur 21
[0043] 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.
[0044] Convertisseur 22
[0045] Le convertisseur 22 de tension continu-continu est apte à convertir une tension continue VDC22 en une autre tension continue V10. Le rapport de conversion entre la tension continue VDC22 et la tension continue V10 est variable et notamment défini par une valeur comprise sur un intervalle défini entre 0,4 et 1,3.
[0046] Capacité de liaison C20 [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 60. Ainsi, le circuit correcteur 21 convertit la tension alternative fournie par le réseau électrique 60 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 VDC22 sans oscillation résiduelles en une tension continue V10 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, alors cela signifie que le circuit correcteur 21 est relié à un équipement électronique 50 à alimenter. Le convertisseur 22 convertit la tension continue V10 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 VDC2I sans oscillations résiduelles définie sensiblement à 400 V en une tension alternative apte à alimenter en énergie électrique l’équipement 50 relié audit circuit correcteur 21.
[0050] Ainsi, la valeur de la tension continue maximale appliquée aux bornes de la capacité de liaison C20 est sensiblement égale ou proche de 400 V. La tension nominale de la capacité de liaison C20 est choisie en fonction de cette contrainte de tension continue. Notamment, la capacité de liaison C20 présente une tension nominale au moins supérieure à la tension continue maximale qui lui est appliquée. De préférence, la capacité de liaison C20 présente une tension nominale légèrement supérieure à la tension continue maximale qui lui est appliquée. Ainsi, puisque la tension nominale de la capacité de liaison C20 et la valeur de la tension continue maximale qui lui est appliquée sont proches, la capacité C20 n’est pas sous-utilisée et est apte à se décharger ou de charger complètement.
[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 CLLC ou CLLLC. [0052] En référence à la figure 2, le convertisseur 22 correspond à un convertisseur de tension continu-continu résonant CLLC et comprend un transformateur Tr, 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 et un deuxième circuit résonant CR2.
[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 T1 , T2, T3, T4, 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. Par analogie le deuxième circuit résonant CR2 comprend une capacité résonante C2 et une bobine L2 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 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.
[0060] La deuxième borne de l’enroulement secondaire du transformateur Tr est connectée électriquement au deuxième point milieu PM2 du deuxième pont H2.
[0061] Par exemple, le transformateur Tr est apte à fournir une tension de sortie entre les bornes de l’enroulement secondaire égale à la tension appliquée entre les bornes du premier enroulement. Ce rapport de 1 entre la tension de sortie et la tension appliquée entre les bornes du premier enroulement peut être modifié. [0062] Le convertisseur 22 comprend également une bobine supplémentaire (non représentée sur les figures) en parallèle de l’enroulement primaire du transformateur Tr. La bobine supplémentaire 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 CLLLC.
[0063] Mode de fonctionnement pont en H
[0064] Le premier pont H1 , respectivement le deuxième pont H2, est également apte à fonctionner selon un premier mode de fonctionnement dans lequel le premier interrupteur T1 et le quatrième interrupteur T4 sont ouverts et fermés simultanément. De plus, dans le premier mode de fonctionnement le deuxième interrupteur T2 et le troisième interrupteur T3 sont ouverts et fermés simultanément à l’inverse du premier interrupteur T1 et du quatrième interrupteur T4. Le premier mode de fonctionnement est connu de l’homme du métier par l’appellation « Full- Bridge ».
[0065] Le premier pont H1 , respectivement le deuxième pont H2, est apte à fonctionner selon un deuxième mode de fonctionnement, dans lequel le quatrième interrupteur T4 est toujours fermé, le troisième interrupteur T3 est toujours ouvert, et le premier interrupteur T 1 et le deuxième interrupteur T2 sont ouverts alternativement. Le deuxième mode de fonctionnement est connu de l’homme du métier par l’appellation « Half-Bridge ».
[0066] Le deuxième mode de fonctionnement permet notamment de diminuer le gain en tension du convertisseur 22 par rapport au gain en tension du convertisseur 22 lorsqu’il fonctionne selon le premier mode de fonctionnement.
[0067] Microcontrôleur 40
[0068] Le microcontrôleur 40 est relié au chargeur 20.
[0069] Le microcontrôleur 40 comprend un régulateur 30 et plus précisément un régulateur PID, pour « proportionnel, intégral, dérivé ». Dans le cas présent, le régulateur 30 est apte à obtenir la valeur de la tension continue Vw mesurée entre le convertisseur 22 et la batterie 10. De même, le régulateur 30 est apte à obtenir la valeur de la tension VAC mesurée entre le circuit correcteur 21 et l’équipement électrique 50 (ou le réseau électrique 60) relié audit circuit correcteur 21 .
[0070] Le régulateur 30 est également apte à recevoir la consigne en tension à appliquer entre le convertisseur 22 et la batterie 10 et/ou la consigne en tension à appliquer entre le circuit correcteur 21 et l’équipement électrique 50 relié audit circuit correcteur 21 . [0071] Le régulateur 30 est apte à déterminer si chaque valeur mesurée correspond à la consigne en tension reçue à appliquer.
[0072] De plus, lorsqu’une valeur mesurée ne correspond pas à la valeur de consigne correspondante, le régulateur 30 est configuré pour émettre au moins une instruction au microcontrôleur 40 afin de modifier le rapport de conversion du convertisseur 22, afin que chaque valeur mesurée corresponde à la consigne correspondante. L’instruction émise par le régulateur 30 comprend notamment une valeur de fréquence de commande.
[0073] Le régulateur 30 est également apte à mesurer le courant aux bornes de la batterie 10.
[0074] Microcontrôleur 40
[0075] Le microcontrôleur 40 est apte à recevoir périodiquement la valeur du courant aux bornes de la batterie 10 mesurée par le régulateur 30.
[0076] Le microcontrôleur 40 est apte à commander le convertisseur 22. Plus précisément, le microcontrôleur 40 est apte à commander l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur T1 , T2, T3, T4 du premier pont H1 et du deuxième pont H2. Ainsi, le microcontrôleur 40 est apte à commander l’activation et la désactivation du premier mode de fonctionnement et l’activation et la désactivation du deuxième mode de fonctionnement du premier pont H1 et du deuxième pont H2.
[0077] Plus précisément encore, le microcontrôleur 40 est apte à commander l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur T1 , T2, T3, T4 du premier pont H1 et du deuxième pont H2, notamment par la méthode de la modulation de fréquence. Pour cela, le microcontrôleur 40 émet un signal de commande à chaque interrupteur T1 , T2, T3, T4. Chaque signal de commande est défini par un signal périodique en créneau, dont le rapport cyclique est notamment de 50%. Autrement dit, le signal de commande relatif à un interrupteur T1 , T2, T3, T4 présente une alternance entre un état dit « haut » permettant de commander la fermeture dudit interrupteur, et un état dit « bas » permettant de commander l’ouverture dudit interrupteur. Cela peut également être le cas inverse, l’état haut peut commander l’ouverture dudit interrupteur et l’état bas peut commander la fermeture dudit interrupteur.
[0078] Chaque signal de commande est donc caractérisé par une fréquence. Plus précisément, une première plage de fréquences définit l’ensemble des fréquences du signal de commande (et donc l’ensemble des fréquences d’ouverture et de fermeture des interrupteurs T1 , T2, T3, T4) pour lesquelles le premier pont H1 ou le deuxième pont H2 fonctionne selon le premier mode de fonctionnement. De même, une deuxième plage de fréquences définit l’ensemble des fréquences du signal de commande (et donc l’ensemble des fréquences d’ouverture et de fermeture des interrupteurs T1 , T2, T3, T4) pour lesquelles le premier pont H1 ou le deuxième pont H2 fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement. Ainsi, lorsque le microcontrôleur 40 active le premier mode de fonctionnement, respectivement le deuxième mode de fonctionnement, du premier pont H1 ou du deuxième pont H2, le microcontrôleur 40 définit la fréquence de chaque signal de commande émis aux interrupteurs T1 , T2, T3, T4 dudit pont en sélectionnant une valeur parmi la première, respectivement la deuxième, plage de fréquences.
[0079] Afin de faire fonctionner le mode V2G du chargeur 20, le microcontrôleur 40 commande les interrupteurs T1 , T2, T3, T4 du premier pont H1 afin que le premier pont H1 fonctionne selon le premier mode de fonctionnement ou le deuxième mode de fonctionnement et les interrupteurs T1 , T2, T3, T4 du deuxième pont H2 afin que le deuxième pont H2 fonctionne comme un pont redresseur.
[0080] Afin de mettre en œuvre le mode V2L du chargeur 20, le microcontrôleur 40 commande les interrupteurs T1 , T2, T3, T4 du deuxième pont H2 afin que le deuxième pont H2 fonctionne selon le premier mode de fonctionnement ou le deuxième mode de fonctionnement, et les interrupteurs T1 , T2, T3, T4 du premier pont H1 afin que celui-ci fonctionne comme un pont redresseur.
[0081] Ainsi, le microcontrôleur 40 est apte à commander l’activation et la désactivation du premier mode de fonctionnement et l’activation et la désactivation du deuxième mode de fonctionnement du premier pont H1 et du deuxième pont H2.
[0082] Le microcontrôleur 40 est également apte à recevoir la valeur du courant aux bornes de la batterie 10 et de la tension aux bornes de la batterie 10. Le microcontrôleur 40 reçoit donc la variation du courant aux bornes de la batterie 10.
[0083] Le microcontrôleur 40 est également configuré pour filtrer la variation du courant reçue. Cela permet notamment d’atténuer les pics de courant. Le filtre est par exemple un filtre dit « passe-bas » dont la fréquence de coupure est par exemple de l’ordre de 10 Hz. En référence aux figures 4 et 5, il est représenté la variation du courant reçu lbatt et la variation du courant reçu filtré lbatt_F en fonction de la variation de tension Vbatt dans la batterie 10.
[0084] Lorsque le convertisseur 22 fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement et qu’un équipement 50 est connecté au connecteur 23 du chargeur 20, le microcontrôleur 40 est apte à déterminer la nécessité de changement de mode de fonctionnement du pont en H du convertisseur 22. [0085] Pour cela, en référence à la figure 3, le microcontrôleur 40 comprend également une zone mémoire (non représentée sur les figures) dans laquelle est enregistrée une table de correspondance représentant le courant lbatt aux bornes de la batterie 10 en fonction de la tension aux bornes de la batterie Vbatt et comprenant :
[0086] - une première zone Z1 définissant l’ensemble des combinaisons d’une valeur de tension aux bornes de la batterie 10 et d’une valeur de courant aux bornes de la batterie 10, associées uniquement au premier mode de fonctionnement,
[0087] - une deuxième zone Z2 définissant l’ensemble des combinaisons d’une valeur de tension aux bornes de la batterie 10 et d’une valeur de courant aux bornes de la batterie 10, associées uniquement au deuxième mode de fonctionnement,
[0088] - une zone intermédiaire Z3, reliant la première zone Z1 et la deuxième zone Z2 et définissant l’ensemble des combinaisons d’une valeur de tension aux bornes de la batterie 10 et d’une valeur de courant aux bornes de la batterie 10, associées au premier mode de fonctionnement ou au deuxième mode de fonctionnement.
[0089] La zone intermédiaire Z3 comprend une pluralité de seuils : un premier seuil S1 , un deuxième seuil S2 et un troisième seuil S3.
[0090] Le premier seuil S1 définit la condition de passage du deuxième mode de fonctionnement HB vers le premier mode de fonctionnement FB pour la variation du courant filtré.
[0091] Le premier seuil S1 est défini par une portion linéaire puis par une portion constante.
[0092] Notamment, la portion linéaire lSi du premier seuil S1 est définie par l’équation suivante :
[0093] IS1 = asi * VBATT + bsi
( asi = 0.1 avec L _
(bsl = -2n 9.5 c
[0094] Notamment, la portion constante est définie par les performances thermiques du convertisseur 22. Notamment, cette valeur est par exemple comprise entre 10 et 15 A, de préférence elle est égale à 11 A, pour un chargeur de 7 kW monophasé.
[0095] Le deuxième seuil S2 définit la condition de passage du deuxième mode de fonctionnement HB vers le premier mode de fonctionnement FB pour la variation du courant non filtré. [0096] Le deuxième seuil S2 est défini par une valeur constante supérieure à la valeur définissant la portion constante du premier seuil S1. Par exemple, le deuxième seuil est égal à 12,5 A.
[0097] Le troisième seuil S3 définit la condition de passage du premier mode de fonctionnement FB vers le deuxième mode de fonctionnement HB. Le troisième seuil S3 est défini par une portion linéaire puis par une portion constante. De préférence, le troisième seuil S3 est inférieur au premier seuil S1.
[0098] Notamment, la portion linéaire Iss du troisième seuil S3est définie par l’équation suivante :
[0099] IS3 = aS3 * VBATT + bS3 avec L ( aS3 = 04
(bS3 = -31
[0100] Notamment, la portion constante est définie par les performances thermiques du convertisseur 22. Notamment, cette valeur est par exemple comprise entre 10 et 15, de préférence elle est égale à 10 A.
[0101] Le microcontrôleur 40 comprend un processeur apte à mettre en œuvre un ensemble d’instructions permettant de réaliser ces fonctions.
[0102] Procédé :
[0103] En référence à la figure 6, il va maintenant être présenté un mode de réalisation du procédé d’activation du premier ou du deuxième mode de fonctionnement. Pour décrire le procédé, nous nous placerons tout d’abord dans le cas où un équipement 50 est relié électriquement au chargeur 20 (et donc que le chargeur 20 fonctionne selon le mode V2L).
[0104] Le procédé comprend tout d’abord une phase de réception PO périodique, par le microcontrôleur 40 de la valeur du courant mesuré aux bornes de la batterie 10 par le régulateur 30, et de la valeur de la tension mesurée aux bornes de la batterie 10. Le microcontrôleur 40 reçoit dont la variation du courant mesuré aux bornes de la batterie 10.
[0105] Le procédé comprend également une étape de filtrage E1 de la variation du courant reçue, par le microcontrôleur 40
[0106] Le procédé comprend une étape d’activation E2 du premier mode de fonctionnement du deuxième pont H2 du convertisseur 22, lorsqu’au moins une valeur de la variation du courant filtré est supérieure au premier seuil S1. Par exemple, en référence à la figure 4, à l’instant ti , le premier mode de fonctionnement est activé, puisque la variation du courant filtré I batt_F est supérieure au premier seuil S1 . Le procédé permet ainsi d’activer le premier mode de fonctionnement lorsque la variation du courant filtrée lbatt_F, représentant la demande en fourniture de courant à la batterie 10, a augmenté progressivement jusqu’à être supérieure au premier seuil S1.
[0107] Le procédé comprend une étape d’activation E2’ du premier mode de fonctionnement du deuxième pont H2 du convertisseur 20, lorsqu’au moins une valeur de la variation reçue du courant (non filtré) est supérieure au deuxième seuil S2. Par exemple, en référence à la figure 5, à l’instant t2, le premier mode de fonctionnement est activé, puisque la variation du courant (non filtrée) lbatt est supérieure au deuxième seuil S2. Le deuxième seuil S2 permet ainsi d’activer le premier mode de fonctionnement lorsque la variation du courant lbatt, représentant la demande en courant à fournir par la batterie 10, augmente fortement sur un laps de temps relativement court.
[0108] De cette façon, la tension fournie par le chargeur 20 au connecteur 23 augmente, permettant d’alimenter rapidement l’équipement 50. Le procédé permet ainsi d’adapter la tension fournie par le chargeur 20 si un équipement 50 est relié audit chargeur 20.
[0109] A l’inverse, lorsque le convertisseur 22 fonctionne selon le premier mode de fonctionnement FB et que l’équipement 50 est déconnecté du chargeur 20, le procédé comprend une étape d’activation E3 du deuxième mode de fonctionnement du deuxième pont H2 du convertisseur 20, lorsque la valeur du courant reçue est inférieure au troisième seuil S3.
[0110] De cette façon, la tension fournie par le chargeur 20 au connecteur 23 diminue. L’équipement 50 ayant été déconnecté du connecteur 23, il n’est plus nécessaire pour le chargeur 20 de fournir une tension élevée permettant d’alimenter l’équipement 50. Le procédé permet ainsi d’adapter la tension fournie par le chargeur 20 si un équipement 50 est connecté au chargeur 20 ou déconnecté du chargeur 20.
[0111] Le procédé peut également être mis en œuvre de manière similaire lorsque le réseau électrique 60 est relié électriquement au chargeur 20 (et donc que le chargeur 20 fonctionne selon le mode V2G). Cependant, dans ce cas, le signal de commande ne sera pas émis aux interrupteurs T1 , T2, T3, T4 du deuxième pont H2, mais aux interrupteurs du premier pont H1.

Claims

Revendications [Revendication 1] Système électrique pour véhicule automobile, le véhicule comprenant au moins une batterie (10) d’alimentation, le système électrique comprenant un chargeur électrique (20), destiné à être connecté d’une part ladite à batterie (10) et d’autre part à un réseau électrique (60) externe au véhicule fournissant une tension alternative ou à des équipements électriques (50), et un microcontrôleur (40), le chargeur (20) étant apte à charger la batterie (10) à partir d’un réseau électrique (60) externe ou à permettre à la batterie (10) d’alimenter lesdits équipements (50), le chargeur (20) comprenant un convertisseur (22) de tension continu-continu, connecté d’une part à la batterie (10) et apte à convertir une tension continue en une autre tension continue, ledit convertisseur (2) de tension continu-continu comprenant un premier pont en H (H 1 ), et un deuxième pont en H (H2), chaque pont en H comprenant quatre interrupteurs (T 1 , T2, T3, T4), un premier interrupteur (T1) étant connecté entre un point haut (PH) et un point milieu (PM1), un deuxième interrupteur (T2) étant relié entre le point milieu (PM1) et un point bas (PB), un troisième interrupteur (T3) étant relié entre le point haut (PH) et un deuxième point milieu (PM2) et un quatrième interrupteur (T4) étant relié entre le deuxième point milieu (PM2) et le point bas (PB), le convertisseur (22) de tension comprenant également un transformateur (Tr) connectant électriquement le premier pont en H (H1) et le deuxième pont en H (H2), chaque pont en H étant apte à fonctionner selon : i) un premier mode de fonctionnement (FB) dans lequel le premier interrupteur (T1) et le quatrième interrupteur (T4) sont ouverts et fermés simultanément, le deuxième interrupteur (T2) et le troisième interrupteur (T3) sont ouverts et fermés simultanément à l’inverse du premier interrupteur (T1) et du quatrième interrupteur (T4), ii) un deuxième mode de fonctionnement (HB) dans lequel le quatrième interrupteur (T4) est toujours fermé, le troisième interrupteur (T3) est toujours ouvert, et le premier interrupteur (T1) et le deuxième interrupteur (T2) sont ouverts et fermés alternativement, le microcontrôleur (40) est configuré pour recevoir la valeur du courant aux bornes de la batterie (10), et comprend une zone mémoire dans laquelle est enregistrée une table de correspondance représentant le courant (lbatt) aux bornes de la batterie (10) en fonction de la tension (Vbatt) aux bornes de la batterie (10) et comprenant une zone intermédiaire (Z3), définissant l’ensemble des combinaisons d’une valeur de tension (Vbatt) aux bornes de la batterie (10) et d’une valeur de courant (lbatt) aux bornes de la batterie (10), associées au premier mode de fonctionnement ou au deuxième mode de fonctionnement, ladite table de correspondance comprenant une pluralité de seuils : a. un premier seuil (S1) définissant la condition de passage du deuxième mode de fonctionnement vers le deuxième mode de fonctionnement pour la variation de courant reçue et filtrée, b. un deuxième seuil (S2), définissant la condition de passage du deuxième mode de fonctionnement vers le premier mode de fonctionnement pour la variation de courant reçue, c un troisième seuil (S3) définissant la condition de passage du premier mode de fonctionnement vers le deuxième mode de fonctionnement, le microcontrôleur (40) est caractérisé en ce qu’il est configuré pour :
1. filtrer la variation du courant (lbatt) reçue,
2. lorsque le convertisseur (22) fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement, commander l’activation du premier mode de fonctionnement si : iii) au moins une valeur de la variation du courant filtré (lbatt_F) est supérieure au premier seuil (S1), ou iv) au moins une valeur de la variation du courant (lbatt) reçue est supérieure au deuxième seuil (S2),
3. lorsque le convertisseur (22) fonctionne selon le premier mode de fonctionnement : commander l’activation du deuxième mode de fonctionnement si la valeur du courant (lbatt) reçue est inférieure au troisième seuil (S3).
[Revendication 2] Système électrique selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième seuil (S2) est supérieur au premier seuil (S1).
[Revendication 3] Système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le chargeur (20) comprend un circuit correcteur de facteur de puissance (21), apte à convertir une tension alternative en une tension continue, ledit circuit correcteur (21) étant connecté électriquement au convertisseur (22) et apte à être connecté d’autre part à un réseau électrique (60) externe au véhicule fournissant une tension alternative ou à des équipements électriques (50).
[Revendication 4] Système électrique selon la revendication 3, dans lequel le chargeur embarqué (20) comprend une capacité de liaison (C20) connectée entre le circuit correcteur (21) de facteur de puissance et le convertisseur (22) de tension continu-continu, apte à atténuer les oscillations résiduelles de la tension fournie entre le circuit correcteur (21) de facteur de puissance et le convertisseur (22) de tension continu-continu. 18
[Revendication 5] Système électrique selon la revendication précédente, dans lequel le convertisseur (22) comprend : a) un transformateur (Tr) comprenant un enroulement primaire et un enroulement secondaire, chaque enroulement comprenant une première borne et une deuxième borne, b) un premier circuit résonant (CR1) comprenant une capacité résonante (C1) et une bobine (L1) connectées en série, la capacité résonante (C1) du premier circuit résonant (CR1) étant connectée électriquement au premier point milieu (PM1 du premier pont (H1), et la bobine (L1) du premier circuit résonant (CR1) étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement primaire du transformateur (Tr), c) 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 la revendication précédente dans lequel le convertisseur (22) comprend une bobine supplémentaire, connectée en parallèle de l’enroulement primaire du transformateur (Tr).
[Revendication 7] Système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque interrupteur (T1 , T2, T3, T4) désigne un transistor MOSFET ou bipolaire.
[Revendication 8] Véhicule automobile comprenant au moins une batterie (10) et au moins un système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
[Revendication 9] Procédé d’activation et de désactivation du premier mode de fonctionnement et du deuxième mode de fonctionnement d’un système électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes de : a) filtrage (E1) de la variation du courant reçue, b) lorsque le convertisseur (22) fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement, activation (E2, E2’) du premier mode de fonctionnement si : i) au moins une valeur de la variation du courant filtré (I batt_F) est supérieure au premier seuil (S1), ou 19 ii) au moins une valeur de la variation du courant reçue (lbatt) est supérieure au deuxième seuil (S2), c) lorsque le convertisseur (22) fonctionne selon le premier mode de fonctionnement : activation (E3) du deuxième mode de fonctionnement si la valeur du courant reçue (lbatt) est inférieure au troisième seuil (S3).
[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 la revendication précédente.
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