EP4688488A1 - Système d'alimentation électrique de consommateurs d'un véhicule électrique ou hybride et procédé de gestion de l'alimentation d'un tel véhicule - Google Patents

Système d'alimentation électrique de consommateurs d'un véhicule électrique ou hybride et procédé de gestion de l'alimentation d'un tel véhicule

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EP4688488A1
EP4688488A1 EP24713472.9A EP24713472A EP4688488A1 EP 4688488 A1 EP4688488 A1 EP 4688488A1 EP 24713472 A EP24713472 A EP 24713472A EP 4688488 A1 EP4688488 A1 EP 4688488A1
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EP
European Patent Office
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vehicle
converter
board network
operating
battery
Prior art date
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Pending
Application number
EP24713472.9A
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German (de)
English (en)
Inventor
Maria Agapios
Daniel Boiron
Herve Leroy
Claudia LO-PRESTI
Alessandro Monti
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Ampere SAS
Original Assignee
Ampere SAS
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Filing date
Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to the fields of electricity and the automobile industry, and more specifically concerns an electrical power supply system in an electric or hybrid electric vehicle, intended to power the vehicle's equipment.
  • Electric or hybrid electric vehicles are very often equipped with a lithium-ion battery or equivalent technology, capable of providing the energy necessary for an electric motor allowing the traction or propulsion of the vehicle, in possible cooperation with a thermal engine.
  • a lithium-ion battery or equivalent technology capable of providing the energy necessary for an electric motor allowing the traction or propulsion of the vehicle, in possible cooperation with a thermal engine.
  • Such a battery is called high voltage because the maximum no-load voltage at its terminals is generally much higher than that of service batteries, usually of the order of 12V (volts). However, some service batteries deliver a voltage of the order of 48V, this value can also be the maximum no-load voltage of certain “high voltage” batteries.
  • the service battery In an electric or hybrid electric vehicle, the service battery, often lead-acid, is used to power an on-board network of the vehicle to which the vehicle's computers are connected as well as low-voltage consumers such as windshield wiper actuators, sensors or small heating resistors.
  • the service battery is generally more stable than the high-voltage battery, and it also guarantees the power supply of safety devices of the vehicle such as braking and steering systems, while the high-voltage battery, which discharges more quickly, is intended to power the vehicle's electric motor, and possibly other high-voltage equipment such as an air conditioning compressor.
  • the electrical network to which this equipment is connected is called the vehicle's "high-voltage" network.
  • the service battery only needs to be changed every three to four years, and is therefore used to power at least the vehicle's consumers during long periods of non-use of the vehicle, i.e. when the vehicle is stationary and switched off. It is then said to be "asleep" because in reality during these periods of non-use, the vehicle's computers have modules that remain activated to monitor the vehicle's environment, such as an alarm, a communication module of a computer to receive radio signals from an ignition key, or messages from a remote server via a network of wireless communication, for example requesting the sending of maintenance data or software updates. This consumption of vehicles during periods of inactivity is also likely to increase over time, particularly due to the entry of vehicles into the Internet of Things.
  • the inventors have therefore designed an electrical power supply system architecture for an electric or hybrid vehicle, in which the low-voltage consumers of the vehicle are powered by the high-voltage battery of the vehicle, the latter integrating at least two direct current - direct current converters.
  • One of them is intended to power the vehicle when it is "awake", for example when driving or in "on-board life” mode during which low-voltage consumers, such as a multimedia environment, can consume a low voltage of around 14V on the on-board network, and the other converter powers the on-board network when the vehicle is asleep, i.e. in "standby" mode.
  • this latter direct current - direct current converter is sized to provide low currents.
  • this small DC - DC converter is no longer able to ensure a minimum voltage on the on-board network during transient phases that may correspond to a technical awakening of the vehicle or to an unforeseen excess current consumption in standby mode, for example due to the triggering of an alarm. It is therefore preferable to use a medium-sized DC - DC converter to supply the on-board network in standby mode, i.e. capable of supplying more than a few Watts.
  • a medium-sized DC - DC converter does not operate at its best efficiency outside of such transient phases, it involves an undesirable excess consumption of battery energy.
  • the present invention aims to remedy at least in part the drawbacks of the prior art by providing an electrical power supply system for equipment of an electric or hybrid vehicle and a method for managing the power supply of the on-board network of a vehicle equipped with such an electrical power supply system, which make the power supply of the vehicle equipment more reliable, in particular during transient phases of the vehicle, while minimizing the consumption of the electrical power supply system.
  • the invention proposes a system for supplying electrical power to equipment of an electric or hybrid vehicle, comprising:
  • an operating converter capable of supplying a vehicle's on-board network during vehicle operating phases, the operating converter being connected at the input to a first set of battery cells and at the output to the vehicle's on-board network,
  • a direct current - direct current converter connected on the one hand at the input to a second set of battery cells upstream of the power switches and on the other hand at the output to the vehicle's on-board network, the rest converter being intended to supply the vehicle when it is in standby mode
  • the electrical power supply system being characterized in that it further comprises a member for detecting a current draw on the on-board network requiring activation of the operating converter, the detection member being capable of causing activation of the control unit of the operating converter when it detects such a current draw.
  • the battery is capable of operating the electric powertrain, it is therefore a "high voltage" battery or traction battery, i.e. an electric storage battery powering an inverter and an electric motor when the vehicle is running, unlike a service battery of the prior art.
  • the battery in the invention can therefore also be understood as a propulsion battery depending on the electric motor used, the latter being an electric motor allowing the traction or propulsion of the vehicle, possibly actually in cooperation with another type of engine if the vehicle is hybrid, understood in the sense of “hybrid electric” in this application.
  • upstream or downstream in this application refer to the relative position of electrical components or assemblies with respect to the direction of the current leaving the battery and heading towards the consumers of the vehicle.
  • a first component is upstream of a second component if the current leaving the battery first passes through the first component and then the second component before returning to the traction battery, the latter being in discharge.
  • the on-board network no longer needs to be powered by a service battery as in the prior art. Indeed, in the invention, whether the power switches are closed or open, the on-board network is powered either by the operating converter or by the rest converter.
  • the vehicle’s computers are powered at a minimum by the rest converter to enable them to receive, for example, activation messages only.
  • the rest converter is connected upstream of the power switches, which allows it to always be powered by the second set of battery cells.
  • the devices connected at the input to a set of battery cells are connected without an intermediate converter.
  • the control unit of the rest converter is powered by the on-board network directly at the output of the rest converter, its operation is secure.
  • a vehicle supervision device for example the vehicle's main computer
  • receives a message from an external server or a user request such as a request to unlock the vehicle it reactivates, reactivates the other computers of the vehicle and the operating converter which in turn supplies the vehicle's on-board network during this entire phase where the supervision device is reactivated, called the operating phase.
  • This may correspond to a vehicle driving phase or a "life on board" phase during which the vehicle is stopped but where a user can use, for example, a multimedia environment of the vehicle.
  • the operating converter is connected to the battery upstream or downstream of the power switches, the latter then having to be closed during the entire operating phase in the latter case.
  • the operating converter is connected to the battery upstream of the power switches to avoid this closure when the high-voltage network is not otherwise requested, this closure requiring safety checks.
  • the rest converter can be dimensioned to the strict minimum for a nominal supply of the on-board network in standby mode. Indeed, in the event of overconsumption on the on-board network corresponding for example to a transient phase of waking up the vehicle, the detection unit directly or indirectly activates the operating converter, which can thus immediately take over from the idle converter and ensure the power supply of the various consumers of the on-board network, these consumers being able to include the vehicle supervision device.
  • the activation of the operating converter corresponds to the waking up of its control unit, allowing the operation of the operating converter, therefore the conversion of current by the operating converter, as soon as the voltage of the on-board network measured by the control unit of the operating converter is lower than a voltage setpoint imposed by the control unit of the operating converter.
  • the control unit of the operating converter is for example a microcomputer or a microcontroller.
  • control unit of the idle converter imposes a low regulation voltage, for example 12.5 V
  • control unit of the operating converter imposes a higher regulation voltage, for example 14 V, allowing the nominal operation of the vehicle's computers.
  • the invention allows optimal sizing of the idle converter, with a nominal power of a few Watts for example, and therefore allows energy savings in standby mode as well as savings in hardware resources and space, the idle converter being smaller than the operating converter.
  • the rest converter is capable of providing a maximum power to the on-board network less than or equal to a maximum consumption power of the on-board network when the vehicle is in standby mode.
  • This maximum power is determined for example by averaging the power consumed on the on-board network during the entire duration of a standby phase of the vehicle and by adding a safety margin. It is significantly lower than the power required when the vehicle is in an operating phase (driving or life on board for example).
  • the rest converter is for example sized to provide a few Watts, and at most between 10% and 30% of the nominal power of the on-board network, i.e.
  • the rest converter is therefore small in size, which allows savings in terms of hardware resources and energy consumption since its best performance is at low power.
  • the detection member is for example a voltage comparator capable of comparing a voltage of the on-board network with a low voltage threshold, or a current comparator capable of comparing a current of the on-board network with a high current threshold.
  • the detection organ is for example integrated into the control unit of the rest converter, or is implemented independently of this control unit.
  • the low voltage threshold is preferably between 10.5 and 12V. This low threshold is of course a function of the voltage that the rest converter seeks to impose (for example 12.5V).
  • the high current threshold is preferably between 0.2 and IA (amperes). This high threshold is of course a function of the sizing of the rest converter (for example of the maximum current deliverable by the rest converter, which may be 0.2A).
  • the first set of cells of the battery is identical to the second set of cells of the battery and comprises all of the cells of the battery.
  • the operating and rest converters are each connected to the entire battery, which makes it possible to do without a specific balancing device for the cells of the battery.
  • the electrical power supply system comprises two operating converters, each connected at the input to all of the cells of the battery, or else connected at the input one to the first set of cells of the battery and the other to a third set of cells of the battery, the first set and the third set forming a partition of at least part of the battery.
  • This feature makes it possible to ensure safe redundancy of the power supply of the on-board network during the operating phase, and in particular to guarantee the power supply of safety systems such as a braking system or a trajectory control system.
  • the operating converters also have independent operation, in particular they each comprise a separate control unit, which means that in the event of a failure of one of the operating converters, this failure does not cause a malfunction of the other operating converter.
  • Each of the two operating converters is therefore controlled by a separate control unit, and the detection member is preferably capable of activating the control units of the operating converters when it detects a current demand on the on-board network requiring the activation of at least one of the operating converters.
  • the two operating converters are activated at the same time, which allows them to respond to a high current demand, or to ensure the supply of power requested on the on-board network when one of the two operating converters is faulty.
  • the two operating converters are for example each connected upstream of the power switches, which makes it possible not to have to close the power switches to use them and therefore to supply the on-board network, thus avoiding a safety verification procedure of the high-voltage network when no equipment high voltage of the vehicle does not need to be powered.
  • one of the two operating converters is connected to the input downstream of the power switches and the other of the operating converters is connected to the input upstream of the power switches.
  • This alternative makes it possible to use the converter connected to the battery downstream of the power switches, to precharge the input capacitors or inductances of equipment such as a charger or an inverter for controlling an electric machine, before connecting this equipment to the battery. This means that a specific precharging system can be dispensed with, particularly if the power switches are power relays.
  • the first set and the third set of cells of the battery form a partition of at least part of the battery
  • the first set and the third set preferably each comprise half of the cells of the battery.
  • a balancing device makes it possible to discharge each half of the cells in a quasi-identical manner, this balancing device being able to be software and consist of a current conversion by each of the converters over an identical duration, or so that they each supply the same quantity of energy to the consumers of the on-board network of the vehicle.
  • each of the operating converters is capable of supplying a nominal power to the on-board network strictly lower than a maximum consumption power of the on-board network when the vehicle is in the operating phase.
  • the consumers of the on-board network consume little electrical energy
  • only one of the operating converters consuming little operating energy (because they are optimized in their design for small loads of the on-board network, which is the most common case in the use of a vehicle), is used to supply the on-board network.
  • the operating converters are sized to each supply half of the maximum consumption power of the on-board network, which is the electrical power supplying the on-board network necessary for the vehicle to operate in all conditions.
  • This maximum power is measured, for example, during a driving phase where all the consumers of the on-board network are activated, and in particular the air conditioning, in extreme weather conditions.
  • their respective nominal powers are between 50 and 90% of the maximum consumption power of the on-board network when the vehicle is in the operating phase.
  • These are, for example, operating converters that can vary from 2kW to 4kW (kiloWatt) of nominal power. Limiting them to 2kW instead of 4kW also saves hardware resources while ensuring the safety redundancy mentioned above.
  • the two operating converters operate simultaneously, the sum of the maximum powers of each of the operating converters being greater than or equal to the maximum consumption power of the on-board network when the vehicle is in the operating phase.
  • the electrical power supply system comprises an electrical energy storage member connected to the on-board network upstream of a low-voltage cut-off mechanism, such as a fuse box, to which consumers of the on-board network are connected.
  • This energy storage member is for example a supercapacitor integrated into the battery block according to the invention. It makes it possible to reduce the amplitude of the current draws on the on-board network, and to smooth the current during transient phases such as in particular a switch to standby mode, in the operating phase or a change of operating converter to supply the on-board network.
  • this energy storage member is a small lead-free battery such as a small lithium battery.
  • the invention makes it possible to undersize this storage member by anticipating, thanks to the detection member, the transient phases that consume a lot of current.
  • the invention also relates to a battery pack for an electric or hybrid vehicle, comprising a housing housing an electrical power supply system according to the invention, the battery pack comprising two high-voltage connection terminals and a low-voltage connection terminal.
  • the battery pack has the advantage of securing the latter, by electrically isolating the high-voltage components of the electrical power supply system from the chassis of the vehicle, and by protecting them from impacts.
  • the operating converters and their controls are in particular protected in the battery pack, from the vibration and thermal stresses of the engine compartment.
  • the electrical power supply system according to the invention comprises an operating converter downstream of the power switches, the latter is arranged outside the battery pack.
  • the battery pack has two low voltage connections, i.e. a low voltage connection for the power supply of the safety systems and the other for the power supply of the non-safety systems. It should be noted that the battery pack is also connected to the ground of the vehicle, to connect one of the outputs of each operating or resting converter.
  • the invention also relates to a method for managing the power supply of the on-board network of a vehicle equipped with a vehicle supervision device, capable of managing the consumption of vehicle equipment during operating phases, the vehicle being equipped with an electrical power supply system according to the invention, and/or equipped with a battery pack according to the invention, the management method comprising steps of:
  • the electrical power supply system comprises means for implementing the management method according to the invention.
  • the invention finally relates to a vehicle equipped with an electrical power supply system according to the invention, integrated for example in the battery block according to the invention.
  • the vehicle further comprises a supervision device capable of managing the consumption of vehicle equipment during operating phases.
  • FIG-1 represents an electrical power supply system according to the invention, of equipment of an electric or hybrid vehicle, in one embodiment of the invention,
  • FIG.2 represents a first variant embodiment of the electrical power supply system of [Fig.l],
  • FIG.3 represents a second variant embodiment of the electrical power supply system of [Fig.l],
  • FIG.4 represents a device for detecting a current demand, integrated into the power supply system of figures 1, 2 and 3, and
  • FIG.5 represents steps of a management method according to the invention, of the power supply of the on-board network of a vehicle equipped with the power supply system electrical of figures 1, 2 or 3.
  • an electrical power supply system 1 of an electric or hybrid vehicle comprises a battery 8 of electrical accumulators connected in series, these accumulators being for example cells using Lithium-ion technology.
  • the battery 8 of the electrical power supply system 1 is a so-called traction battery, therefore “high voltage”, free of lead, the power of which allows an electric powertrain of the vehicle to operate. Its maximum no-load voltage is for example between 200V and 800V, in this embodiment.
  • the battery 8 is housed in a battery pack 3, which is a crash-resistant housing.
  • the battery pack 3 has two high-voltage outputs 12 and 22 connected to a high-voltage network of the vehicle.
  • the electric powertrain is connected as an input to these outputs, which are on the one hand a positive high-voltage connection terminal 12, connected to one end of the battery 8 via a fuse 15 and a positive power switch 14, connected in series, and on the other hand a negative high-voltage connection terminal 22, connected to the other end of the battery 8 via a pyroswitch 17 and a negative power switch 16, connected in series.
  • the fuse 15 and the pyroswitch 17 are connected upstream of the power switches 14 and 16 respectively.
  • a precharging system is also connected in parallel with the power switch 14, this precharging system comprising in series a precharging resistor 19 and a precharging switch 18.
  • the precharging system makes it possible to avoid the formation of an excessively high current draw when the battery 8 is connected to a battery charger or to a charging terminal comprising inductances or input capacitors.
  • the positive 14 and negative 16 power switches are produced by MOSFET transistors (for the English “metal-oxide-semiconductor field-effect transistor”), the electrical power supply system 1 does not comprise a precharging system and/or fuse devices 15, 17.
  • the power switches 14, 16, 18 as well as the precharging system and the fuse devices 15, 17 are elements of the electrical power supply system 1 which are integrated into the battery pack 3, which makes it possible to electrically isolate them in the engine compartment of the vehicle, and to protect them in the event of a crash.
  • the electrical supply system 1 comprises, in the battery block 3:
  • operating converter connected as an input in parallel to the battery 8 upstream of the power switches 14, 16, 18 and as an output to the on-board network 50 of the vehicle.
  • a first output of the second operating converter 6 is connected to the low voltage output 14V of the battery block 3, and a second output of the second operating converter 6 is connected to the ground of the vehicle.
  • the first and second operating converters 4, 6 supply the on-board network 50 when the vehicle is “awake”, i.e. in the operating phase.
  • a supervision device 10 of the vehicle for example a main computer, manages the consumption and activation of the various equipment of the vehicle, which can be both low-voltage consumers such as a car radio or specific computers, and power devices such as an air conditioning compressor or an electric traction motor.
  • each of the first and second operating converters 4, 6 is sized to deliver 2kW in maximum operation, i.e. half of a total consumption on the on-board network 50, estimated at 4kW (these values are a function of the vehicle equipment). In other words, the efficiency of each of the operating converters 4, 6 is optimal between 0 and 2kW.
  • each operating converter 4, 6 is thus substantially equal to half the power of a standard electric vehicle converter, and provides at most 2KW in nominal operation, i.e. for example 150 amps at 12.5V.
  • This nominal power of a single operating converter 4, 6 is thus sufficient to power the safety systems of the vehicle and allow an emergency stop in the event of a breakdown, in particular it is greater than 1KW, and can provide at least 100A at 12.5V.
  • each operating converter 4, 6 has a nominal power greater than 2kW but less than 3kW.
  • the electrical power supply system 1 also comprises, in the battery pack 3, a direct current - direct current converter 2 called a "rest converter", connected at the input in parallel to the battery 8 upstream of the power switches 14, 16, 18 and at the output to the on-board network 50 of the vehicle.
  • a first output of the rest converter 2 is connected to the low voltage 14V output of the battery pack 3, and a second output of the rest converter 2 is connected to the ground of the vehicle.
  • the idle converter 2 allows the vehicle's computers, by the low voltage that it supplies to the on-board network 50, for example 1 IV, to receive requests triggering their awakening. Being intended for the power supply in standby mode of the vehicle, it is sized to supply in nominal operation a few tens of milliamps, or for example between 0.5 and 5 Watts. In other words, the efficiency of the idle converter 2 is optimized for a few Watts. Its operation is ensured by a control unit 20 supplied directly at the output of the idle converter 2, therefore always activated. The control unit 20 is not subject to an external deactivation device, which contributes to the reliability of its power supply. The control unit 20 is for example a microcontroller.
  • the operating converters 4, 6 are activated during a transient phase of waking up the vehicle, by the supervision device 10 which sends an activation message to corresponding control units 40, 60.
  • the respective operation of each operating converter 4, 6 is in fact ensured by the respective control unit 40, 60 powered by the first output of the corresponding operating converter 4, 6, inside the battery block 3 which secures these power supplies.
  • the control units 40, 60 are for example microcontrollers.
  • the battery block 3 integrates, in addition to the control units 20, 40, 60 of the rest converters 2 and operating converters 4, 6, a battery management module 32, monitoring, via sensors, the temperature and voltage of the battery cells.
  • the management module 32 is in particular capable of opening the power switches 14, 16, 18 in the event of a fault in the battery 8.
  • the management module 32 is hardware and software, and may in particular include temperature sensors and/or one or more pre-programmed electronic circuits.
  • the battery block 3 comprises a CAN bus output 70 (according to the English “Controller Area Network”) to which the control units 20, 40, 60 and the module are connected. management module 32 of the battery 8.
  • the CAN bus output 70 is connected to a CAN bus of the vehicle, to which the supervision device 10 is connected, which is located outside the battery block 3.
  • the supervision device 10 can in particular send CAN messages to the control units 40, 60 to activate them in the transient phase of waking up the vehicle, or to deactivate them in the transient phase of putting the vehicle to sleep.
  • the CAN bus also allows the supervision device 10 to communicate with the management module 32 when a user connects the vehicle to a charging terminal.
  • each is capable of operating its respective converter 20, 40, 60 so that it supplies a low voltage current at its output when the voltage of the on-board network 50 is lower than a regulation setpoint voltage of the respective control unit 20, 40 or 60.
  • the regulation setpoint voltage of the idle converter 2 is for example 12.5 V while the regulation setpoint voltages of the operating converters 4, 6 are for example each set at 14 V when the power consumed on the on-board network 50 is greater than the maximum power of only one of the two operating converters 4, 6, therefore at 2 kW.
  • the regulation setpoint voltage of one of the two operating converters 4, 6 is for example set at 14 V while the regulation setpoint voltage of the other of the two operating converters 4, 6 is for example set at 13 V so that only one of them operates at the same time.
  • the operating converter 4, 6 alternates, for example every hour or at each new mission of the vehicle, a mission corresponding to the time period between a waking up of the vehicle and its subsequent falling asleep.
  • the setpoint voltages of the two operating converters must be greater than the setpoint voltage of the resting converter.
  • the voltage of the on-board network 50 is measured independently by each control unit 20, 40, 60, for example the control unit 40 uses a voltage sensor 42 at the output of the first operating converter 4, and the control unit 60 uses a separate voltage sensor 62 at the output of the second operating converter 6.
  • the electrical power supply system 1 also comprises, integrated in the battery block 3, a supercapacitor 24, for example of the DLC type (from the English “Double Layer Capacitance”), connected in parallel to the outputs of the rest converters 2 and operating converters 4, 6.
  • This supercapacitor 24 makes it possible to smooth the current calls on the on-board network 50 while always guaranteeing a stable voltage on the on-board network 50, for example in the range 10.5 V to 15 V.
  • the supercapacitor 24 also makes it possible to secure certain transient phases, which are for example the awakening or the vehicle falling asleep, or the moment between the occurrence of an electrical fault in one of the converters 2, 4, 6 and the melting of a fuse device internal to these components.
  • the integration of this in the battery block 3 makes it possible to secure the electrical power supply system 1, but also to simplify the electrical wiring of the electrical power supply system 1 and therefore its cost.
  • the electrical power supply system 1 comprises a detection member 55 for a current draw, capable of causing the activation, when the vehicle is in standby mode, of the control units 40 and 60 of the respective operating converters 4, 6.
  • the detection member 55 is capable of causing this activation in the sense that it activates them directly or indirectly, by sending one or more messages or by applying a control voltage for example, the message(s) being intended for the control units 40, 60 or the supervision device 10. This activation takes place when the intensity of the current draw implies that the idle converter 2 will not be able to supply the power requested on the on-board network 50, and that at least one of the operating converters 4, 6 must therefore be activated.
  • the detection member 55 is directly connected to the control units 40 and 60 of the operating converters 4, 6 respectively, by a wired connection on which it can send CAN wake-up messages. Alternatively, this connection can be wireless.
  • the detection member 55 is integrated into the battery pack 3 and possibly into the control unit 20 of the rest converter 2.
  • the activation of the operating converters 4, 6 by the detection member 55 is done by sending a CAN message to the supervision device 10, which itself sends a CAN wake-up message to the control units 40, 60 of the respective operating converters 4, 6.
  • the supervision device 10 activates only one of the operating converters 4, 6 or both converters 4, 6 depending on the power required on the on-board network 50.
  • the detection member 55 activates at least one of the operating converters 4, 6 not by sending CAN messages but by applying a control voltage to a switch of one of the control units 40, 60 of the corresponding operating converter 4, 6.
  • the detection member 55 therefore comprises a wired or wireless connection with the control units 40, 60 and/or with the supervision device 10.
  • the detection member 55 is implemented in the form of a voltage comparator, detailed later with reference to [Fig. 4], it is also electrically connected in parallel to the on-board network 50.
  • the voltage comparator makes it possible to detect when the voltage on the on-board network 50 falls below a low voltage threshold set for example at 11.5V.
  • the detection member 55 then sends an analog or digital signal to the control units 40, 60 to activate them, or to the supervision device 10.
  • the detection member When the detection member is implemented in the form of a current comparator, it comprises for example an input resistor connected in series to the on-board network 50, the voltage across the input resistor being compared to a reference voltage in the current comparator, to detect an intensity on the on-board network greater than a high current threshold, set for example to IA (ampere), corresponding to the maximum current that the rest converter 2 can supply with a safety margin of a few milliamps.
  • IA ampere
  • the detection member 55 then sends an analog or digital signal to the control units 40, 60 to activate them, or to the supervision device 10.
  • the activation of the operating converters 4, 6 by the detection member 55 allows the electrical power supply system 1 according to the invention to be robust to overconsumption on the on-board network 50 in standby mode, or to wake-ups of the vehicle involving unusual consumption on the on-board network, due for example to a computer programming fault preventing certain computers of the vehicle from going into standby or a computer programming fault unexpectedly waking up certain computers.
  • FIG. 2 shows a power supply system 11 according to the invention, which is a first variant embodiment of the embodiment of [Fig. 1].
  • the power supply system 11 comprises elements common to the power supply system 1 which are referenced in the same way and not re-detailed.
  • the components of the power supply system 11 are integrated into a battery pack 30 similar to the battery pack 3.
  • the battery pack 30 differs only from the battery pack 3 in that it does not comprise a pre-charging system, and in that the second operating converter 6 is connected to the battery 8 downstream of the power switches 14, 16, while the first operating converter 4 is connected upstream of the power switches 14, 16.
  • the second operating converter 6 is reversible, that is to say capable of electrically supplying the high voltage network of the vehicle from the on-board network 50, which makes it possible to not require a precharging system. Indeed, for example when a charger comprising an input capacitor is connected to the high-voltage network, it is necessary to precharge it before closing the power switches 14, 16 if it is desired to avoid an electric arc which could stick these power switches, when these are electrical relays.
  • the second operating converter 6 uses the energy from the on-board network 50, supplied by the first operating converter 4, to precharge this capacity before the relays 14, 16 close.
  • the second operating converter 6 and its control unit 60 are preferably integrated into the battery block 30 to secure them, but they may possibly be arranged outside the battery block 30 for example for reasons of space requirement in the battery block 30.
  • FIG. 3 shows a power supply system 111 according to the invention, which is a second variant embodiment of the embodiment of [Fig. 1].
  • the elements common to the power supply system 1 are referenced in the same way and not re-detailed.
  • the components of the power supply system 111 are integrated into a battery block 300 similar to the battery block 3.
  • the battery block 300 differs only from the battery block 3 in that the battery is a battery of accumulators 80 partitioned into two blocks 81 and 82 of electric accumulators, between which a connection terminal called a midpoint makes it possible to split the power supply of the two operating converters 4, 6 into two independent power supplies.
  • the first operating converter 4 is powered by the block 81 by being connected at the input to the midpoint and to the end of the battery 80 connected to the positive high voltage connection terminal 12 via the fuse 15 and the positive power switch 14.
  • the second operating converter 6 is powered by the block 82 by being connected at the input to the midpoint and to the end of the battery 80 connected to the negative high voltage connection terminal 22 via the pyroswitch 17 and the negative power switch 16.
  • the electrical power supply system 111 thus makes it possible to secure the power supply of the on-board network 50 by a redundancy of energy sources.
  • the on-board network 50 is supplied by the other of the blocks 81, 82, which allows the safety systems of the vehicle to be functional while a driver of the vehicle parks it on the side of the road.
  • the first and second operating converters 4, 6 are identical in this second variant embodiment, to allow the balancing of the battery 80.
  • the first and second operating converters 4, 6 each provide the same amount of energy to the on-board network 50 to enable this balancing, for example by alternating operation of the operating converters 4, 6.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a voltage comparator used in the detection member 55 of the electrical power supply system 1, 11, 111.
  • the voltage comparator comprises an operational amplifier supplied by a positive voltage Vcc and a negative voltage -Vcc, the value Vcc being taken for example at 5V.
  • These supply voltages are for example provided by batteries or taken from the on-board network 50 using a divider bridge and a capacitor.
  • a reference voltage Vref of 8.5V is applied to the positive input of the operational amplifier, this reference voltage Vref being related to the ground of the vehicle and being supplied by a battery or taken from the on-board network 50 using a divider bridge and a capacitor.
  • the negative input of the operational amplifier is connected to a common terminal to a first resistor RI of 2k (Ohms) and to a second resistor R2 of 5k.
  • the other terminal of the first resistor RI is connected to the low voltage output of the battery pack 3, 30, 300, i.e. to the on-board network 50.
  • the voltage Vb between this other terminal of the first resistor RI and ground is therefore the voltage of the on-board network 50.
  • the voltage Vb of the on-board network 50 is in this example of [Fig.4], of the order of 11.5V in standby mode.
  • the other terminal of the second resistor R2 is connected to the output terminal of the operational amplifier.
  • the output voltage Vo between this output terminal and ground is therefore equal to:
  • the output voltage Vo of the operational amplification is converted by the detection member 55 into a digital wake-up signal, for example via an analog threshold.
  • the wake-up signal has for example the value zero when the output voltage Vo is negative and the value 1 when the output voltage Vo is at 5V. This signal is multiplied by the value of a CAN message and transmitted via the CAN wire link, to the control units 40, 60 of the operating converters 4, 6.
  • FIG.5 presents steps of a method 100 for managing the power supply of the on-board network 50 during overconsumption on the latter while the vehicle is in standby mode.
  • a first step El of the management method 100 is the supply of the on-board network 50 by the rest converter 2, the operating converters 4, 6 being disabled.
  • the next step E2 is the detection of a current draw corresponding to a voltage Vb on the on-board network falling below a low voltage threshold, here 9.9 V, by the detection member 55.
  • a low voltage threshold here 9.9 V
  • the detection of the current draw occurs as soon as the intensity on the on-board network passes above 1 A.
  • step E3 is then the activation of the operating converters 4, 6 by the detection member 55, by sending a CAN wake-up message to their control units 40, 60 or to the supervision device 10, which in this case activates and sends such a wake-up message to the control units 40, 60.
  • step E4 is the supply of power to the on-board network, by at least one of the operating converters 4, 6.

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Abstract

La présente invention concerne un système d'alimentation électrique (1) d'équipements d'un véhicule électrique comportant : - une batterie (8) alimentant un groupe motopropulseur électrique, - des interrupteurs de puissance (14, 16, 18) pour connecter la batterie (8) au groupe moto-propulseur électrique, - un convertisseur courant continu - courant continu (4, 6) d'exploitation, pour alimenter un réseau de bord (50) en phases d'exploitation du véhicule, connecté en entrée à la batterie (8) et en sortie au réseau de bord (50), - un convertisseur courant continu - courant continu (2) de repos, connecté en entrée à la batterie (8) en amont des interrupteurs de puissance (14, 16, 18) et en sortie au réseau de bord (50), pour alimenter le véhicule en veille, et - un organe de détection (55) d'un appel de courant sur le réseau de bord (50) apte à provoquer l'activation du convertisseur d'exploitation (4, 6).

Description

Description
Titre de l'invention : Système d’alimentation électrique de consommateurs d’un véhicule électrique ou hybride et procédé de gestion de l’alimentation d’un tel véhicule
[0001] La présente invention se rapporte aux domaines de l’électricité et de l’industrie automobile, et concerne plus précisément un système d’alimentation électrique dans un véhicule électrique ou hybride électrique, destiné à alimenter les équipements du véhicule.
[0002] Les véhicules électriques ou hybrides électriques sont très souvent équipés d’une batterie au lithium- ion ou de technologie équivalente, apte à fournir l’énergie nécessaire à un moteur électrique permettant la traction ou la propulsion du véhicule, en coopération éventuelle avec un moteur thermique. Une telle batterie est dite haute tension car la tension maximale à vide à ses bornes est généralement bien supérieure à celle des batteries de servitude, usuellement de l’ordre de 12V (volts). Néanmoins certaines batteries de servitude délivrent une tension de l’ordre de 48V, cette valeur pouvant être également la tension maximale à vide de certaines batteries « haute tension ».
[0003] Dans un véhicule électrique ou hybride électrique, la batterie de servitude, souvent au plomb, est utilisée pour alimenter un réseau de bord du véhicule sur lequel sont branchés les calculateurs du véhicule ainsi que des consommateurs basse tension tels que des actionneurs d’essuie-glace, des capteurs ou de petites résistances chauffantes. La batterie de servitude étant généralement plus stable que la batterie haute tension, elle garantit de plus l’alimentation de dispositifs sécuritaires du véhicule tels que des systèmes de freinage et de direction, tandis que la batterie haute tension, qui se décharge plus rapidement, est destinée à alimenter le moteur électrique du véhicule, et éventuellement d’autres équipements haute tension tels qu’un compresseur de climatisation. Le réseau électrique sur lequel sont connectés ces équipements est appelé réseau « haute tension » du véhicule.
[0004] La batterie de servitude n’a besoin d’être changée que tous les trois à quatre ans, et est donc utilisée pour alimenter a minima des consommateurs du véhicule pendant de longues périodes d’inutilisation de celui-ci, c’est-à-dire lorsque le véhicule est à l’arrêt et éteint. On dit alors qu’il est « endormi » car en réalité pendant ces périodes d’inutilisation, les calculateurs du véhicule ont des modules restant activés pour surveiller l’environnement du véhicule, tels qu’une alarme, un module de communication d’un calculateur pour recevoir des signaux radio provenant d’une clef de contact, ou encore des messages en provenance d’un serveur distant via un réseau de communication sans fil, demandant par exemple l’envoi de données de maintenance ou la mise à jour de logiciels. Cette consommation des véhicules en période d’inutilisation est de plus amenée à croître avec le temps, du fait notamment de l’entrée des véhicules dans l’internet des objets.
[0005] Cependant, les normes anti-pollution vont interdire les batteries au plomb, par ailleurs lourdes et encombrantes, ce qui obligera par exemple à les remplacer par des petites batteries au lithium-ion, très onéreuses et qu’il faudra recharger très souvent en période d’inutilisation du véhicule, notamment en réveillant celui-ci pour pouvoir connecter un convertisseur courant continu - courant continu à la batterie haute tension, le convertisseur permettant la recharge de la petite batterie lithium-ion. Cette solution est coûteuse en énergie du fait du réveil du véhicule et des procédures de vérification du réseau haute tension avant la recharge de la petite batterie lithium-ion.
[0006] Les inventeurs ont donc conçu une architecture de système d’alimentation électrique d’un véhicule électrique ou hybride, dans laquelle les consommateurs basse tension du véhicule sont alimentés par la batterie haute tension du véhicule, celle-ci intégrant au moins deux convertisseurs courant continu - courant continu. L’un d’entre eux est destiné à alimenter le véhicule lorsque celui-ci est « réveillé », par exemple en roulage ou en mode « vie à bord » pendant lequel des consommateurs basse tension, tels qu’un environnement multimédia, peuvent consommer une basse tension de l’ordre de 14V sur le réseau de bord, et l’autre convertisseur alimentant le réseau de bord lorsque le véhicule est endormi, c’est-à-dire en mode « veille ». Afin d’avoir un rendement optimal et donc consommer peu d’énergie pendant ce mode veille, ce dernier convertisseur courant continu - courant continu est dimensionné pour fournir de faibles courants. Cependant en le dimensionnant au strict minimum, ce petit convertisseur courant continu - courant continu n’est plus en mesure d’assurer une tension minimale sur le réseau de bord lors de phases transitoires pouvant correspondre à un réveil technique du véhicule ou bien à une surconsommation de courant non prévue en mode veille, par exemple du fait du déclenchement d’une alarme. Il est donc préférable d’utiliser un convertisseur courant continu - courant continu de taille moyenne pour alimenter le réseau de bord en mode veille, c’est-à-dire capable de fournir plus que quelques Watt. Cependant un tel convertisseur courant continu - courant continu ne fonctionnant pas à son meilleur rendement en dehors de telles phases transitoires, il implique une surconsommation non souhaitable de l’énergie de la batterie
[0007] Il existe donc un besoin d’optimisation de l’architecture électrique d’un véhicule électrique ou hybride, sans batterie de servitude au plomb, assurant le fonctionnement des équipements sécuritaires du véhicule et permettant d’optimiser la consommation d’énergie du véhicule lors de longues périodes d’inutilisation de celui-ci. [0008] La présente invention vise à remédier au moins en partie aux inconvénients de la technique antérieure en fournissant un système d’alimentation électrique d’équipements d’un véhicule électrique ou hybride et un procédé de gestion de l’alimentation du réseau de bord d’un véhicule équipé d’un tel système d’alimentation électrique, qui fiabilisent l’alimentation des équipements du véhicule notamment lors de phases transitoires du véhicule, tout en minimisant la consommation du système d’alimentation électrique.
[0009] A cette fin, l’invention propose un système d’alimentation électrique d’équipements d’un véhicule électrique ou hybride, comportant :
- une batterie apte à fournir une énergie nécessaire au fonctionnement d’un groupe motopropulseur électrique du véhicule,
- des interrupteurs de puissance aptes à connecter la batterie au groupe motopropulseur électrique du véhicule,
- au moins un convertisseur courant continu - courant continu, dit convertisseur d’exploitation, apte à alimenter un réseau de bord du véhicule lors de phases d’exploitation du véhicule, le convertisseur d’exploitation étant connecté en entrée à un premier ensemble de cellules de la batterie et en sortie au réseau de bord du véhicule,
- un convertisseur courant continu - courant continu, dit convertisseur de repos, connecté d’une part en entrée à un deuxième ensemble de cellules de la batterie en amont des interrupteurs de puissance et d’autre part en sortie au réseau de bord du véhicule, le convertisseur de repos étant destiné à une alimentation du véhicule lorsque celui-ci est en mode veille,
- une unité de contrôle du convertisseur d’exploitation, alimentée par le réseau de bord du véhicule, et
- une unité de contrôle du convertisseur de repos, alimentée par le réseau de bord du véhicule, le système d’alimentation électrique étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre un organe de détection d’un appel de courant sur le réseau de bord nécessitant l'activation du convertisseur d'exploitation, l’organe de détection étant apte à provoquer l’activation de l’unité de contrôle du convertisseur d’exploitation lorsqu’il détecte un tel appel de courant.
[0010] Dans l’invention, la batterie est apte à faire fonctionner le groupe motopropulseur électrique, il s’agit donc d’une batterie « haute tension » ou batterie de traction c’est-à-dire une batterie d’accumulateurs électriques alimentant un onduleur et un moteur électrique lors du roulage du véhicule, à la différence d’une batterie de servitude de l’art antérieur. La batterie dans l’invention peut donc aussi être entendue comme une batterie de propulsion en fonction du moteur électrique utilisé, celui-ci étant un moteur électrique permettant la traction ou la propulsion du véhicule, éven- tuellement en coopération avec un autre type de moteur si le véhicule est hybride, compris dans le sens d’« hybride électrique » dans cette demande.
[0011] De plus il est à noter que les termes « amont » ou « aval » dans cette demande se réfèrent à la position relative de composants ou ensembles électriques par rapport à la direction du courant sortant de la batterie et se dirigeant vers les consommateurs du véhicule. Ainsi un premier composant est en amont d’un deuxième composant si le courant sortant de la batterie traverse d’abord le premier composant puis le deuxième composant avant de revenir vers la batterie de traction, celle-ci étant en décharge.
[0012] Dans l’invention, le réseau de bord n’a plus besoin d’être alimenté par une batterie de servitude comme dans l’art antérieur. En effet dans l’invention, que les interrupteurs de puissance soient fermés ou ouverts, le réseau de bord est alimenté soit par le convertisseur d’exploitation, soit par le convertisseur de repos.
[0013] Plus précisément, lorsque le véhicule est en mode veille ou « endormi », les calculateurs du véhicule sont alimentés a minima par le convertisseur de repos pour leur permettre de recevoir par exemple des messages d’activation uniquement. Pour cela le convertisseur de repos est connecté en amont des interrupteurs de puissance ce qui lui permet d’être toujours alimenté par le deuxième ensemble de cellules de la batterie. Il est en effet à noter que dans l’invention, les dispositifs connectés en entrée à un ensemble de cellules de la batterie, le sont sans convertisseur intermédiaire. De plus l’unité de contrôle du convertisseur de repos étant alimentée par le réseau de bord directement en sortie du convertisseur de repos, son fonctionnement est sécurisé.
[0014] Lorsqu’un dispositif de supervision du véhicule, par exemple le calculateur principal du véhicule, reçoit un message d’un serveur externe ou une requête utilisateur telle qu’une demande de déverrouillage du véhicule, il se réactive, réactive les autres calculateurs du véhicule et le convertisseur d’exploitation qui alimente à son tour le réseau de bord du véhicule durant toute cette phase où le dispositif de supervision est réactivé, dite phase d’exploitation. Celle-ci peut correspondre à une phase de roulage du véhicule ou une phase de « vie à bord » pendant laquelle le véhicule est arrêté mais où un utilisateur peut utiliser par exemple un environnement multimédia du véhicule. Le convertisseur d’exploitation est connecté à la batterie en amont ou en aval des interrupteurs de puissance, ceux-ci devant alors être fermés pendant toute la phase d’exploitation dans le dernier cas. De préférence le convertisseur d’exploitation est connecté à la batterie en amont des interrupteurs de puissance pour éviter cette fermeture lorsque le réseau haute tension n’est pas sollicité par ailleurs, cette fermeture nécessitant des vérifications sécuritaires.
[0015] Grâce à l’invention, le convertisseur de repos peut être dimensionné au strict minimum pour une alimentation nominale du réseau de bord en mode veille. En effet, en cas de surconsommation sur le réseau de bord correspondant par exemple à une phase transitoire de réveil du véhicule, l’organe de détection active directement ou indirectement le convertisseur d’exploitation, qui peut ainsi immédiatement prendre le relais du convertisseur de repos et assurer l’alimentation des différents consommateurs du réseau de bord, ces consommateurs pouvant comprendre le dispositif de supervision du véhicule. L’activation du convertisseur d’exploitation correspond au réveil de son unité de contrôle, permettant le fonctionnement du convertisseur d’exploitation, donc la conversion de courant par le convertisseur d’exploitation, dès que la tension du réseau de bord mesurée par l’unité de contrôle du convertisseur d’exploitation est inférieure à une consigne de tension imposée par l’unité de contrôle du convertisseur d’exploitation. L’unité de contrôle du convertisseur d’exploitation est par exemple un microcalculateur ou un microcontrôleur.
[0016] Alors que l’unité de contrôle du convertisseur de repos impose une tension de régulation faible, par exemple de 12,5V, l’unité de contrôle du convertisseur d’exploitation impose une tension de régulation plus haute, par exemple de 14V, permettant le fonctionnement nominal des calculateurs du véhicule. En permettant d’imposer une tension de fonctionnement plus faible en mode veille, l’invention permet un dimensionnement optimal du convertisseur de repos, de puissance nominale de quelques Watt par exemple, et permet donc une économie d’énergie en mode veille ainsi qu’une économie de ressources matérielles et d’espace, le convertisseur de repos étant plus petit que le convertisseur d’exploitation.
[0017] Notamment, le convertisseur de repos est apte à fournir une puissance maximale au réseau de bord inférieure ou égale à une puissance maximale de consommation du réseau de bord lorsque le véhicule est en mode veille. Cette puissance maximale est déterminée par exemple en moyennant la puissance consommée sur le réseau de bord pendant toute la durée d’une phase de veille du véhicule et en y ajoutant une marge de sécurité. Elle est largement inférieure à la puissance nécessaire lorsque le véhicule est dans une phase d’exploitation (roulage ou vie à bord par exemple). En effet, n’étant utilisé qu’en mode veille du véhicule, le convertisseur de repos est par exemple dimensionné pour fournir quelques Watt, et au maximum entre 10% et 30% de la puissance nominale du réseau de bord, c’est-à-dire de la puissance consommée par le réseau de bord en fonctionnement nominal, mesurée par exemple en moyennant la puissance consommée sur le réseau de bord pendant toute la durée d’une phase d’exploitation du véhicule. Le convertisseur de repos est donc de petite taille, ce qui permet des économies en termes de ressources matérielles et en consommation d’énergie étant donné que son meilleur rendement est à faible puissance.
[0018] L’organe de détection est par exemple un comparateur de tension apte à comparer une tension du réseau de bord avec un seuil bas de tension, ou un comparateur de courant apte à comparer un courant du réseau de bord avec un seuil haut de courant. L’organe de détection est par exemple intégré à l’unité de contrôle du convertisseur de repos, ou est implémenté indépendamment de cette unité de contrôle.
[0019] Lorsque l’organe de détection est un comparateur de tension, le seuil bas de tension est de préférence compris entre 10.5 et 12V. Ce seuil bas est bien sûr fonction de la tension que le convertisseur de repos cherche à imposer (par exemple 12,5V).
[0020] Lorsque l’organe de détection est un comparateur de courant, le seuil haut de courant est de préférence compris entre 0,2 et IA (ampères). Ce seuil haut est bien sûr fonction du dimensionnement du convertisseur de repos (par exemple du courant maximal délivrable par le convertisseur de repos, pouvant être de 0,2A).
[0021] Dans un mode de réalisation de l’invention, le premier ensemble de cellules de la batterie est identique au deuxième ensemble de cellules de la batterie et comprend l’ensemble des cellules de la batterie. Ainsi les convertisseurs d’exploitation et de repos sont chacun connectés à toute la batterie, ce qui permet de se passer d’un dispositif d’équilibrage spécifique des cellules de la batterie.
[0022] De préférence, le système d’alimentation électrique comporte deux convertisseurs d’exploitation, connectés chacun en entrée à l’ensemble des cellules de la batterie, ou bien connectés en entrée l’un au premier ensemble de cellules de la batterie et l’autre à un troisième ensemble de cellules de la batterie, le premier ensemble et le troisième ensemble formant une partition d’au moins une partie de la batterie.
[0023] Cette caractéristique permet d’assurer une redondance sécuritaire de l’alimentation du réseau de bord en phase d’exploitation, et notamment de garantir l’alimentation de systèmes sécuritaires tels qu’un système de freinage ou un système de contrôle de trajectoire. Les convertisseurs d’exploitation ont de plus un fonctionnement indépendant, notamment ils comportent chacun une unité de contrôle distincte, ce qui permet en cas de panne d’un des convertisseurs d’exploitation, que cette panne n’entraîne pas de disfonctionnement de l’autre des convertisseurs d’exploitation.
[0024] Chacun des deux convertisseurs d’exploitation est donc commandé par une unité de contrôle distincte, et l’organe de détection est de préférence apte à activer les unités de contrôle des convertisseurs d’exploitation lorsqu’il détecte un appel de courant sur le réseau de bord nécessitant l’activation d’au moins un des convertisseurs d’exploitation. Ainsi les deux convertisseurs d’exploitation sont activés en même temps ce qui leur permet de répondre à un fort appel de courant, ou d’assurer la fourniture de puissance demandée sur le réseau de bord lorsqu’un des deux convertisseurs d’exploitation est défaillant.
[0025] Les deux convertisseurs d’exploitation sont par exemple chacun connecté en amont des interrupteurs de puissance, ce qui permet de ne pas avoir à fermer les interrupteurs de puissance pour les utiliser et donc pour alimenter le réseau de bord, évitant ainsi une procédure de vérification de sécurité du réseau haute tension lorsqu’ aucun équipement haute tension du véhicule ne nécessite d’être alimenté. En variante de réalisation, l’un des deux convertisseurs d’exploitation est connecté en entrée en aval des interrupteurs de puissance et l’autre des convertisseurs d’exploitation est connecté en entrée en amont des interrupteurs de puissance. Cette variante permet d’utiliser le convertisseur connecté à la batterie en aval des interrupteurs de puissance, pour précharger les capacités ou inductances en entrée d’un équipement tel qu’un chargeur ou un onduleur de pilotage d’une machine électrique, avant de connecter cet équipement à la batterie. Ainsi on peut se passer d’un système de précharge spécifique, notamment si les interrupteurs de puissance sont des relais de puissance.
[0026] Lorsque le premier ensemble et le troisième ensemble de cellules de la batterie forment une partition d’au moins une partie de la batterie, le premier ensemble et le troisième ensemble comportent de préférence chacun une moitié des cellules de la batterie. Dans cette variante de réalisation, un dispositif d’équilibrage permet de décharger chaque moitié de cellules de façon quasi identique, ce dispositif d’équilibrage pouvant être logiciel et consister en une conversion de courant par chacun des convertisseurs sur une durée identique, ou de sorte à ce qu’ils fournissent chacun une même quantité d’énergie aux consommateurs du réseau de bord du véhicule. Bien sûr d’autres variantes de réalisation de l’invention sont envisageables, avec par exemple plus de deux convertisseurs d’exploitation, chacun s’alimentant avec toutes les cellules de la batterie ou avec un sous-ensemble de cellules de la batterie, les sous-ensembles pouvant former une partition des cellules de la batterie. Le premier, le deuxième et le troisième ensembles de cellules de la batterie peuvent notamment se superposer entièrement ou deux à deux, ou former une partition de la totalité des cellules de la batterie.
[0027] De préférence dans l’invention, chacun des convertisseurs d’exploitation est apte à fournir une puissance nominale au réseau de bord strictement inférieure à une puissance maximale de consommation du réseau de bord lorsque le véhicule est en phase d’exploitation. Ainsi lorsque les consommateurs du réseau de bord consomment peu d’énergie électrique, on utilise un seul des convertisseurs d’exploitation, consommant peu d’énergie de fonctionnement (car ils sont optimisés dans leur conception pour des petite charges du réseau de bord, ce qui est le cas le plus courant dans l’utilisation d’un véhicule), pour alimenter le réseau de bord. Par exemple les convertisseurs d’exploitation sont dimensionnés pour fournir chacun la moitié de la puissance maximale de consommation du réseau de bord, qui est la puissance électrique d’alimentation du réseau de bord nécessaire au véhicule pour fonctionner dans toutes les conditions. Cette puissance maximale est mesurée par exemple lors d’une phase de roulage où tous les consommateurs du réseau de bord sont activés, et notamment la climatisation, en conditions météorologiques extrêmes. Dans un autre exemple leurs puissances nominales respectives sont comprises entre 50 et 90% de la puissance maximale de consommation du réseau de bord lorsque le véhicule est en phase d’exploitation. Ce sont par exemple des convertisseurs d’exploitation qui peuvent varier de 2kW jusqu’à 4kW (kiloWatt) de puissance nominale. Les limiter à 2kW au lieu de 4kW permet également d’économiser des ressources matérielles tout en assurant la redondance sécuritaire mentionnée plus haut. Bien sûr lorsque la puissance électrique demandée par les consommateurs du réseau de bord est plus importante que la puissance maximale pouvant être fournie par un seul des deux convertisseurs d’exploitation, alors les deux convertisseurs d’exploitation fonctionnent simultanément, la somme des puissances maximales de chacun des convertisseurs d’exploitation étant supérieure ou égale à la puissance maximale de consommation du réseau de bord lorsque le véhicule est en phase d’exploitation.
[0028] De plus, selon une caractéristique préférée de l’invention, le système d’alimentation électrique selon l’invention comporte un organe de stockage d’énergie électrique connecté au réseau de bord en amont d’un mécanisme de coupure basse tension, tel qu’un boîtier fusible, auquel sont connectés des consommateurs du réseau de bord. Cet organe de stockage d’énergie est par exemple une supercapacité intégrée dans le bloc batterie selon l’invention. Elle permet de diminuer l’amplitude des appels de courant sur le réseau de bord, et de lisser le courant lors de phases transitoires comme notamment un passage en mode veille, en phase d’exploitation ou un changement de convertisseur d’exploitation pour alimenter le réseau de bord. En variante cet organe de stockage d’énergie est une petite batterie sans plomb telle qu’une petite batterie au Lithium. L’invention permet de sous-dimensionner cet organe de stockage en anticipant, grâce à l’organe de détection, les phases transitoires très consommatrices de courant.
[0029] L’invention concerne aussi un bloc batterie pour véhicule électrique ou hybride, comportant un boîtier logeant un système d’alimentation électrique selon l’invention, le bloc batterie comportant deux bornes de connexion haute tension et une borne de connexion basse tension. En plus des avantages liés au système d’alimentation électrique selon l’invention, le bloc batterie a l’avantage de sécuriser celui-ci, en isolant électriquement les composants haute tension du système d’alimentation électrique du châssis du véhicule, et en les protégeant des chocs. Les convertisseurs d’exploitation et leurs commandes sont notamment protégés dans le bloc batterie, des sollicitations vibratoires et thermiques du compartiment moteur. Eventuellement, lorsque le système d’alimentation électrique selon l’invention comporte un convertisseur d’exploitation en aval des interrupteurs de puissance, celui-ci est disposé en dehors du bloc batterie. Enfin, lorsque le système d’alimentation électrique selon l’invention comporte deux convertisseurs d’exploitation et que l’un est dédié à l’alimentation des systèmes sécuritaires, l’autre étant dédié à l’alimentation de systèmes non sécuritaires du véhicule, le bloc batterie comporte deux connexions basse tension, c’est-à-dire une connexion basse tension pour l’alimentation des systèmes sécuritaires et l’autre pour l’alimentation des systèmes non sécuritaires. Il est à noter que le bloc batterie est par ailleurs connecté à la masse du véhicule, pour y relier l’une des sorties de chaque convertisseur d’exploitation ou de repos.
[0030] L’invention concerne encore un procédé de gestion de l’alimentation du réseau de bord d’un véhicule équipé d’un dispositif de supervision du véhicule, apte à gérer la consommation d’équipements du véhicule en phases d’exploitation, le véhicule étant équipé d’un système d’alimentation électrique selon l’invention, et/ou équipé d’un bloc batterie selon l’invention, le procédé de gestion comportant des étapes de :
- alimentation du réseau de bord par le convertisseur de repos, F au moins un convertisseur d’exploitation étant désactivé,
- détection par l’organe de détection, d’un appel de courant nécessitant l’activation du convertisseur d’exploitation,
- activation de l’unité de contrôle du convertisseur d’exploitation, et
- fourniture de puissance sur le réseau de bord, par le convertisseur d’exploitation.
[0031] Le système d’alimentation électrique selon l’invention comporte des moyens pour mettre en œuvre le procédé de gestion selon l’invention.
[0032] L’invention concerne enfin un véhicule équipé d’un système d’alimentation électrique selon l’invention, intégré par exemple dans le bloc batterie selon l’invention. Le véhicule comporte de plus un dispositif de supervision apte à gérer la consommation d’équipements du véhicule en phases d’exploitation.
[0033] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[0034] [Fig-1] représente un système d’alimentation électrique selon l’invention, d’équipements d’un véhicule électrique ou hybride, dans un mode de réalisation de l’invention,
[0035] [Fig.2] représente une première variante de réalisation du système d’alimentation électrique de la [Fig.l],
[0036] [Fig.3] représente une deuxième variante de réalisation du système d’alimentation électrique de la [Fig.l],
[0037] [Fig.4] représente un organe de détection d’un appel de courant, intégré au système d’alimentation des figures 1, 2 et 3, et
[0038] [Fig.5] représente des étapes d’un procédé de gestion selon l’invention, de l’alimentation du réseau de bord d’un véhicule équipé du système d’alimentation électrique des figures 1, 2 ou 3.
[0039] Selon un mode de réalisation de l’invention représenté [Fig.l], un système d’alimentation électrique 1 d’un véhicule électrique ou hybride comporte une batterie 8 d’accumulateurs électriques connectés en série, ces accumulateurs étant par exemple des cellules utilisant la technologie Lithium-ion. Bien sûr d’autres technologies sont utilisables, par exemple celle des batteries Nickel métal hydrure. La batterie 8 du système d’alimentation électrique 1 est une batterie dite de traction, donc « haute tension », dépourvue de plomb, dont la puissance permet de faire fonctionner un groupe motopropulseur électrique du véhicule. Sa tension maximale à vide est comprise par exemple entre 200V et 800V, dans ce mode de réalisation.
[0040] La batterie 8 est logée dans un bloc batterie 3, qui est un boîtier résistant aux crashs. Le bloc batterie 3 comporte deux sorties haute tension 12 et 22 connectées à un réseau haute tension du véhicule. Notamment le groupe motopropulseur électrique est connecté en entrée à ces sorties, qui sont d’une part une borne de connexion haute tension positive 12, connectée à l’une des extrémités de la batterie 8 par l’intermédiaire d’un fusible 15 et d’un interrupteur de puissance positif 14, connectés en série, et d’autre part une borne de connexion haute tension négative 22, connectée à l’autre des extrémités de la batterie 8 par l’intermédiaire d’un pyrocommutateur 17 et d’un interrupteur de puissance négatif 16, connectés en série. Le fusible 15 et le pyrocommutateur 17 sont connectés en amont des interrupteurs de puissance respectivement 14 et 16. Un système de précharge est par ailleurs connecté en parallèle de l’interrupteur de puissance 14, ce système de précharge comportant en série une résistance de précharge 19 et un interrupteur de précharge 18. Le système de précharge permet d’éviter la formation d’un appel de courant trop important lors du branchement de la batterie 8 à un chargeur de batterie ou à une borne de charge comportant des inductances ou des capacités d’entrée. En variante, notamment lorsque les interrupteurs de puissance positif 14 et négatif 16 sont réalisés par des transistors MOSFET (pour l’anglais « metal-oxide-semiconductor field-effect transistor »), le système d’alimentation électrique 1 ne comporte pas de système de précharge et/ou de dispositifs fusibles 15, 17.
[0041] Les interrupteurs de puissance 14, 16, 18 ainsi que le système de précharge et les dispositifs fusibles 15, 17 sont des éléments du système d’alimentation électrique 1 qui sont intégrés dans le bloc batterie 3, ce qui permet de les isoler électriquement dans le compartiment moteur du véhicule, et de les protéger en cas de crash.
[0042] Afin d’alimenter en 14V des consommateurs basse tension du véhicule, connectés par des liaisons électriques 92 à un boîtier fusible 90, le système d’alimentation électrique 1 comporte, dans le bloc batterie 3 :
[0043] - un premier convertisseur courant continu - courant continu 4 ou premier « convertisseur d’exploitation », connecté en entrée en parallèle à la batterie 8 en amont des interrupteurs de puissance 14, 16, 18 et en sortie à un réseau de bord 50 du véhicule. Plus précisément, une première sortie du premier convertisseur d’exploitation 4 est connectée à une sortie basse tension 14V du bloc batterie 3, cette sortie basse tension 14V étant connectée au réseau de bord 50, lui-même connecté au boîtier fusible 90, et une deuxième sortie du premier convertisseur d’exploitation 4 est reliée à une masse du véhicule.
[0044] - et un deuxième convertisseur courant continu - courant continu 6 ou deuxième
« convertisseur d’exploitation », connecté en entrée en parallèle à la batterie 8 en amont des interrupteurs de puissance 14, 16, 18 et en sortie au réseau de bord 50 du véhicule. Une première sortie du deuxième convertisseur d’exploitation 6 est connectée à la sortie basse tension 14V du bloc batterie 3, et une deuxième sortie du deuxième convertisseur d’exploitation 6 est reliée à la masse du véhicule.
[0045] Le premier et le deuxième convertisseurs d’exploitation 4, 6 alimentent le réseau de bord 50 lorsque le véhicule est « réveillé » c’est-à-dire en phase d’exploitation. Dans cet état, un dispositif de supervision 10 du véhicule, par exemple un calculateur principal, gère la consommation et l’activation des différents équipements du véhicule, qui peuvent être aussi bien des consommateurs basse tension tels qu’un autoradio ou des calculateurs spécifiques, que des dispositifs de puissance tels qu’un compresseur de climatisation ou un moteur électrique de traction. Dans ce mode de réalisation de l’invention, chacun des premier et deuxième convertisseurs d’exploitation 4, 6 est dimensionné pour délivrer 2kW en fonctionnement maximal, soit la moitié d’une consommation totale sur le réseau de bord 50, estimée à 4kW (ces valeurs sont fonction de l’équipement du véhicule). Autrement dit le rendement de chacun des convertisseurs d’exploitation 4, 6 est optimal entre 0 et 2kW.
[0046] La puissance nominale de chaque convertisseur d’exploitation 4, 6 est ainsi sensiblement égale à la moitié de la puissance d’un convertisseur standard de véhicule électrique, et fournit au plus 2KW en fonctionnement nominal soit par exemple 150 ampères sous 12,5V. Cette puissance nominale d’un seul convertisseur d’exploitation 4, 6 est ainsi suffisante pour alimenter les systèmes sécuritaires du véhicule et permettre un arrêt d’urgence en cas de panne, notamment elle est supérieure à 1KW, et peut fournir au moins 100A sous 12,5V.
[0047] Ces choix permettent d’avoir deux convertisseurs d’exploitation qui, en coût, en volume et en poids, permettent d’économiser par rapport à deux convertisseurs standards de véhicule électrique. En variante, chaque convertisseur d’exploitation 4, 6 a une puissance nominale supérieure à 2kW mais inférieure à 3kW.
[0048] Les convertisseurs de repos 2 et d’exploitation 4, 6 étant connectés en amont des interrupteurs de puissance 14, 16, 18, le système d’alimentation électrique 1 de la [Fig.l] permet de ne pas avoir besoin de fermer les interrupteurs de puissance 14, 16 pour pouvoir alimenter le réseau de bord 50 par l’intermédiaire des convertisseurs de repos 2 ou d’exploitation 4, 6.
[0049] Pour alimenter a minima le réseau de bord 50 lorsque le véhicule est en mode veille, c’est-à-dire à l’arrêt sans utilisation d’équipements du véhicule pendant une durée prolongée, le système d’alimentation électrique 1 comporte également dans le bloc batterie 3, un convertisseur courant continu - courant continu 2 appelé « convertisseur de repos », connecté en entrée en parallèle à la batterie 8 en amont des interrupteurs de puissance 14, 16, 18 et en sortie au réseau de bord 50 du véhicule. Une première sortie du convertisseur de repos 2 est connecté à la sortie basse tension 14V du bloc batterie 3, et une deuxième sortie du convertisseur de repos 2 est reliée à la masse du véhicule.
[0050] Le convertisseur de repos 2 permet aux calculateurs du véhicule, par le faible voltage qu’il fournit au réseau de bord 50, par exemple de 1 IV, de recevoir des requêtes déclenchant leur réveil. Etant destiné à l’alimentation en mode veille du véhicule, il est dimensionné pour fournir en fonctionnement nominal quelques dizaines de milliampères, soit par exemple entre 0,5 et 5 Watts. Autrement dit le rendement du convertisseur de repos 2 est optimisé pour quelques Watts. Son fonctionnement est assuré par une unité de contrôle 20 alimentée directement en sortie du convertisseur de repos 2, donc toujours activée. L’unité de contrôle 20 n’est pas soumise à un dispositif de désactivation externe, ce qui participe à la fiabilité de son alimentation. L’unité de contrôle 20 est par exemple un microcontrôleur.
[0051] En fonctionnement normal, les convertisseurs d’exploitation 4, 6 sont activés lors d’une phase transitoire de réveil du véhicule, par le dispositif de supervision 10 qui envoie un message d’activation à des unités de contrôle correspondantes 40, 60. Le fonctionnement respectif de chaque convertisseur d’exploitation 4, 6 est en effet assuré par l’unité de contrôle respective 40, 60 alimentée par la première sortie du convertisseur d’exploitation 4, 6 correspondant, à l’intérieur du bloc batterie 3 ce qui sécurise ces alimentations. Les unités de contrôles 40, 60 sont par exemple des microcontrôleurs.
[0052] Le bloc batterie 3 intègre, en plus des unités de contrôle 20, 40, 60 des convertisseurs de repos 2 et d’exploitation 4, 6, un module de gestion 32 de la batterie, surveillant, via des capteurs, la température et la tension des cellules de la batterie. Le module de gestion 32 est notamment apte à ouvrir les interrupteurs de puissance 14, 16, 18 en cas de défaut de la batterie 8. Le module de gestion 32 est matériel et logiciel, pouvant notamment comporter des capteurs de température et/ou un ou plusieurs circuits électroniques pré -programmés.
[0053] Le bloc batterie 3 comporte une sortie 70 de bus CAN (d’après l’anglais « Controller Area Network) à laquelle sont connectés les unités de contrôle 20, 40, 60 et le module de gestion 32 de la batterie 8. La sortie 70 de bus CAN est connectée à un bus CAN du véhicule, bus auquel est connecté le dispositif de supervision 10, qui se trouve à l’extérieur du bloc batterie 3. Ainsi le dispositif de supervision 10 peut notamment envoyer des messages CAN aux unités de contrôles 40, 60 pour les activer en phase transitoire de réveil du véhicule, ou pour les désactiver en phase transitoire d’endormissement du véhicule. Le bus CAN permet aussi au dispositif de supervision 10 de communiquer avec le module de gestion 32 lorsqu’un utilisateur branche le véhicule à une borne de charge.
[0054] Lorsque les unités de contrôles 20, 40, 60 sont activées, chacune est apte à faire fonctionner son convertisseur respectif 20, 40, 60 de sorte à ce qu’il fournisse un courant basse tension en sa sortie lorsque la tension du réseau de bord 50 est inférieure à une tension de consigne de régulation de l’unité de contrôle respective 20, 40 ou 60.
[0055] La tension de consigne de régulation du convertisseur de repos 2 est par exemple de 12,5V tandis que les tensions de consigne de régulation des convertisseurs d’exploitation 4, 6 sont par exemple fixées chacune à 14V lorsque la puissance consommée sur le réseau de bord 50 est supérieure à la puissance maximale d’un seul des deux convertisseurs d’exploitation 4, 6, donc à 2kW. Lorsque la puissance consommée sur le réseau de bord 50 est inférieure à cette valeur, la tension de consigne de régulation d’un des deux convertisseurs d’exploitation 4, 6 est par exemple fixée à 14V tandis que la tension de consigne de régulation de l’autre des deux convertisseurs d’exploitation 4, 6, est par exemple fixée à 13V de sorte qu’un seul d’entre eux fonctionne en même temps. Lorsqu’une faible puissance est consommée sur le réseau de bord 50, le convertisseur d’exploitation 4, 6 en fonctionnement alterne par exemple toutes les heures ou à chaque nouvelle mission du véhicule, une mission correspondant à la période de temps entre un réveil du véhicule et son endormissement subséquent. Les tensions de consigne des deux convertisseurs d’exploitation doivent être plus grandes que la tension de consigne du convertisseur de repos.
[0056] La tension du réseau de bord 50 est mesurée indépendamment par chaque unité de contrôle 20, 40, 60, par exemple l’unité de contrôle 40 utilise un capteur de tension 42 en sortie du premier convertisseur d’exploitation 4, et l’unité de contrôle 60 utilise un capteur de tension 62 distinct en sortie du deuxième convertisseur d’exploitation 6.
[0057] Le système d’alimentation électrique 1 comporte également, intégré dans le bloc batterie 3, une supercapacité 24, par exemple de type DLC (d’après l’anglais « Double Layer Capacitance »), connectée en parallèle aux sorties des convertisseurs de repos 2 et d’exploitation 4, 6. Cette supercapacité 24 permet de lisser les appels de courant sur le réseau de bord 50 en garantissant toujours une tension stable sur le réseau de bord 50, par exemple comprise dans l’intervalle 10,5V à 15V. La supercapacité 24 permet aussi de sécuriser certaines phases transitoires, qui sont par exemple le réveil ou l’endormissement du véhicule, ou bien le moment entre l’apparition d’une défaillance électrique dans un des convertisseurs 2, 4, 6 et la fonte d’un dispositif fusible interne à ces composants. L’intégration de celle-ci dans le bloc batterie 3 permet de sécuriser le système d’alimentation électrique 1, mais aussi de simplifier le câblage électrique du système d’alimentation électrique 1 et donc son coût.
[0058] Dans ce mode de réalisation de l’invention, le système d’alimentation électrique 1 comporte un organe de détection 55 d’un appel de courant, apte à provoquer l’activation, lorsque le véhicule est en mode veille, des unités de contrôle 40 et 60 des convertisseurs d’exploitation respectifs 4, 6. L’organe de détection 55 est apte à provoquer cette activation dans le sens où il les active directement ou indirectement, par l’envoi d’un ou plusieurs messages ou par l’application d’une tension de commande par exemple, le ou les messages étant destinés aux unités de contrôle 40, 60 ou au dispositif de supervision 10. Cette activation a lieu lorsque l’intensité de l’appel de courant implique que le convertisseur de repos 2 ne pourra pas fournir la puissance demandée sur le réseau de bord 50, et qu’au moins un des convertisseurs d’exploitation 4, 6 doit donc être activé.
[0059] Pour cela l’organe de détection 55 est relié directement aux unités de de contrôle 40 et 60 des convertisseurs d’exploitation respectivement 4, 6, par une liaison filaire sur laquelle il peut envoyer des messages CAN de réveil. En variante cette liaison peut être sans fil. L’organe de détection 55 est intégré dans le bloc batterie 3 et éventuellement dans l’unité de contrôle 20 du convertisseur de repos 2.
[0060] Dans une autre variante de réalisation de l’invention, l’activation des convertisseurs d’exploitation 4, 6 par l’organe de détection 55 se fait par l’envoi d’un message CAN au dispositif de supervision 10, qui lui-même envoie un message CAN de réveil aux unités de contrôle 40, 60 des convertisseurs d’exploitation respectifs 4, 6. Dans cette autre variante, le dispositif de supervision 10 n’active qu’un seul des convertisseurs d’exploitation 4, 6 ou les deux convertisseurs 4, 6 en fonction de la puissance requise sur le réseau de bord 50.
[0061] Dans encore une autre variante de réalisation de l’invention, l’organe de détection 55 active au moins l’un des convertisseurs d’exploitation 4, 6 non pas par l’envoi de messages CAN mais par l’application d’une tension de commande à un interrupteur d’une des unités de contrôle 40, 60 du convertisseur d’exploitation 4, 6 correspondant.
[0062] L’organe de détection 55 comporte donc une connexion filaire ou sans fil avec les unités de contrôle 40, 60 et/ou avec le dispositif de supervision 10. Lorsque l’organe de détection 55 est implémenté sous forme d’un comparateur de tension, détaillé plus loin en référence à la [Fig.4], il est de plus connecté électriquement en parallèle au réseau de bord 50. Le comparateur de tension permet de détecter lorsque la tension sur le réseau de bord 50 passe sous un seuil bas de tension fixé par exemple à 11.5V. L’organe de détection 55 envoie alors un signal analogique ou numérique aux unités de contrôle 40, 60 pour les activer, ou au dispositif de supervision 10.
[0063] Lorsque l’organe de détection est implémenté sous forme d’un comparateur de courant, il comporte par exemple une résistance d’entrée connectée en série sur le réseau de bord 50, la tension aux bornes de la résistance d’entrée étant comparée à une tension de référence dans le comparateur de courant, pour détecter une intensité sur le réseau de bord supérieure à un seuil haut de courant, fixé par exemple à IA (ampère), correspondant au maximum de courant que peut fournir le convertisseur de repos 2 avec une marge de sécurité de quelques milliampères. L’organe de détection 55 envoie alors un signal analogique ou numérique aux unités de contrôle 40, 60 pour les activer, ou au dispositif de supervision 10.
[0064] L’activation des convertisseurs d’exploitation 4, 6 par l’organe de détection 55 permet au système d’alimentation électrique 1 selon l’invention d’être robuste aux surconsommations sur le réseau de bord 50 en mode veille, ou aux réveils du véhicule impliquant une consommation inhabituelle sur le réseau de bord, du fait par exemple d’un défaut de programmation informatique empêchant certains calculateurs du véhicule de se mettre en veille ou un défaut de programmation informatique réveillant de façon imprévue certains calculateurs.
[0065] La [Fig.2] présente un système d’alimentation électrique 11 selon l’invention, qui est une première variante de réalisation du mode de réalisation de la [Fig.l]. Le système d’alimentation électrique 11 comporte des éléments communs au système d’alimentation électrique 1 qui sont référencés de la même manière et non redétaillés. Les composants du système d’alimentation électrique 11 sont intégrés dans un bloc batterie 30 similaire au bloc batterie 3. Le bloc batterie 30 diffère uniquement du bloc batterie 3 en ce qu’il ne comporte pas de système de précharge, et en ce que le deuxième convertisseur d’exploitation 6 est connecté à la batterie 8 en aval des interrupteurs de puissance 14, 16, alors que le premier convertisseur d’exploitation 4 est connecté en amont des interrupteurs de puissance 14, 16. Ainsi dans cette première variante de réalisation :
[0066] - lorsque le véhicule est en mode veille, le réseau de bord 50 est alimenté par le convertisseur de repos 2 uniquement,
[0067] - lorsque le véhicule est réveillé mais les interrupteurs de puissance ouverts, le réseau de bord 50 est alimenté par le premier convertisseur d’exploitation 4 uniquement, et [0068] - lorsque le véhicule est réveillé mais les interrupteurs de puissance fermés, le réseau de bord 50 est alimenté par le premier convertisseur d’exploitation 4 et/ou le deuxième convertisseur d’exploitation 6.
[0069] Dans cette première variante de réalisation, le deuxième convertisseur d’exploitation 6 est réversible, c’est-à-dire apte à alimenter électriquement le réseau haute tension du véhicule à partir du réseau de bord 50, ce qui permet de ne pas nécessiter de système de précharge. En effet, par exemple lorsqu’un chargeur comportant une capacité d’entrée est connectée au réseau haute tension, il faut la précharger avant de fermer les interrupteurs de puissance 14, 16 si l’on veut éviter un arc électrique pouvant coller ces interrupteurs de puissance, lorsque ceux-ci sont des relais électriques.
[0070] Grâce à cette première variante de réalisation, le deuxième convertisseur d’exploitation 6 utilise l’énergie du réseau de bord 50, alimenté par le premier convertisseur d’exploitation 4, pour précharger cette capacité avant la fermeture des relais 14, 16.
[0071] Dans cette première variante de réalisation, le deuxième convertisseur d’exploitation 6 et son unité de contrôle 60 sont préférentiellement intégrés dans le bloc batterie 30 pour les sécuriser, mais ils peuvent éventuellement être agencés à l’extérieur du bloc batterie 30 par exemple pour des raisons d’encombrement dans le bloc batterie 30.
[0072] La [Fig.3] présente un système d’alimentation électrique 111 selon l’invention, qui est une deuxième variante de réalisation du mode de réalisation de la [Fig.l]. Dans cette deuxième variante, les éléments communs au système d’alimentation électrique 1 sont référencés de la même manière et non redétaillés. Les composants du système d’alimentation électrique 111 sont intégrés dans un bloc batterie 300 similaire au bloc batterie 3. Le bloc batterie 300 diffère uniquement du bloc batterie 3 en ce que la batterie est une batterie d’accumulateurs 80 partitionnée en deux blocs 81 et 82 d’accumulateurs électriques, entre lesquelles une borne de connexion dite point milieu permet de scinder l’alimentation des deux convertisseurs d’exploitation 4 ,6 en deux alimentations indépendantes. Ainsi le premier convertisseur d’exploitation 4 est alimenté par le bloc 81 en étant connecté en entrée au point milieu et à l’extrémité de la batterie 80 reliée à la borne de connexion haute tension positive 12 par l’intermédiaire du fusible 15 et de l’interrupteur de puissance positif 14. Le deuxième convertisseur d’exploitation 6 est alimenté par le bloc 82 en étant connecté en entrée au point milieu et à l’extrémité de la batterie 80 reliée à la borne de connexion haute tension négative 22 par l’intermédiaire du pyrocommutateur 17 et de l’interrupteur de puissance négatif 16.
[0073] Le système d’alimentation électrique 111 permet ainsi de sécuriser l’alimentation du réseau de bord 50 par une redondance de sources d’énergies. Ainsi en cas de défaillance d’un des blocs 81, 82 d’accumulateurs, le réseau de bord 50 est alimenté par l’autre des blocs 81, 82 ce qui permet aux systèmes sécuritaires du véhicule d’être fonctionnels le temps pour un conducteur du véhicule de stationner celui-ci sur le bas- côté. Les premier et deuxième convertisseurs d’exploitation 4, 6 sont identiques dans cette deuxième variante de réalisation, pour permettre l’équilibrage de la batterie 80. De plus les premier et deuxième convertisseurs d’exploitation 4, 6 fournissent chacun une même quantité d’énergie au réseau de bord 50 pour permettre cet équilibrage, grâce par exemple à un fonctionnement en alternance des convertisseurs d’exploitation 4, 6.
[0074] La [Fig.4] montre un exemple de réalisation d’un comparateur de tension utilisé dans l’organe de détection 55 du système d’alimentation électrique 1, 11, 111. Le comparateur de tension comporte un amplificateur opérationnel alimenté par une tension positive Vcc et une tension négative -Vcc, la valeur Vcc étant prise par exemple à 5V. Ces tensions d’alimentation sont par exemple fournies par des piles ou prélevées sur le réseau de bord 50 à l’aide d’un pont diviseur et d’une capacité.
[0075] Une tension de référence Vref de 8,5V est appliquée à l’entrée positive de l’amplificateur opérationnel, cette tension de référence Vref étant rapportée à la masse du véhicule et étant fournie par une pile ou prélevée sur le réseau de bord 50 à l’aide d’un pont diviseur et d’une capacité.
[0076] L’entrée négative de l’amplificateur opérationnel est connectée à une borne commune à une première résistance RI de 2k (Ohms) et à une deuxième résistance R2 de 5k . L’autre borne de la première résistance RI est connectée à la sortie basse tension du bloc batterie 3, 30, 300, c’est-à-dire au réseau de bord 50. La tension Vb entre cette autre borne de la première résistance RI et la masse est donc la tension du réseau de bord 50. La tension Vb du réseau de bord 50 est dans cet exemple de la [Fig.4], de l’ordre de 11,5V en mode veille.
[0077] L’autre borne de la deuxième résistance R2 est connectée à la borne de sortie de l’amplificateur opérationnel. La tension Vo de sortie entre cette borne de sortie et la masse est donc égale à :
[0078] Vo= Vcc = 5V dès que la tension Vb du réseau de bord passe au-dessous de (l+Rl/R2)Vref - Vcc*Rl/R2 soit 9,9V
[0079] Puis la tension de sortie Vo reste à Vcc =5V et passe à -Vcc = -5V dès que la tension Vb du réseau de bord devient supérieure à (l+Rl/R2)Vref + Vcc*Rl/R2 soit 13,9V.
[0080] La tension de sortie Vo de l’amplification opérationnel est convertie par l’organe de détection 55 en un signal de réveil numérique, par exemple via un seuillage analogique. Le signal de réveil a par exemple la valeur nulle lorsque la tension de sortie Vo est négative et la valeur 1 lorsque la tension de sortie Vo est à 5V. Ce signal est multiplié par la valeur d’un message CAN et transmis via la liaison filaire CAN, aux unités de contrôle 40, 60 des convertisseurs d’exploitation 4, 6.
[0081] Enfin, la [Fig.5] présente des étapes d’un procédé de gestion 100 de l’alimentation du réseau de bord 50 lors d’une surconsommation sur celui-ci alors que le véhicule est en mode veille.
Une première étape El du procédé de gestion 100 est l’alimentation du réseau de bord 50 par le convertisseur de repos 2, les convertisseurs d’exploitation 4, 6 étant désactivés.
L’étape suivante E2 est la détection d’un appel de courant correspondant à une tension Vb sur le réseau de bord passant sous un seuil bas de tension, ici de 9,9V, par l’organe de détection 55. Dans la variante de réalisation utilisant un comparateur de courant, la détection de l’appel de courant survient dès que l’intensité sur le réseau de bord passe au-dessus de 1 A.
L’étape suivante E3 est alors l’activation des convertisseurs d’exploitation 4, 6 par l’organe de détection 55, par l’envoi d’un message CAN de réveil à leurs unités de contrôle 40, 60 ou au dispositif de supervision 10, qui dans ce cas s’active et envoie un tel message de réveil aux unités de contrôle 40, 60.
Enfin l’étape E4 est la fourniture de puissance sur le réseau de bord, par au moins un des convertisseurs d’exploitation 4, 6.
[0082] Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment les caractéristiques des différentes variantes de réalisation de l’invention envisagées dans cette demande, peuvent être combinées pour réaliser l’invention, dans la mesure où ces variantes ne sont pas incompatibles entre elles.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système d’alimentation électrique (1, 11, 111) d’équipements d’un véhicule électrique ou hybride, comportant :
- une batterie (8, 80) apte à fournir une énergie nécessaire au fonctionnement d’un groupe motopropulseur électrique du véhicule,
- des interrupteurs de puissance (14, 16, 18) aptes à connecter la batterie (8, 80) au groupe motopropulseur électrique du véhicule,
- au moins un convertisseur courant continu - courant continu (4, 6), dit convertisseur d’exploitation, apte à alimenter un réseau de bord (50) du véhicule lors de phases d’exploitation du véhicule, le convertisseur d’exploitation (4, 6) étant connecté en entrée à un premier ensemble (8, 81, 82) de cellules de la batterie (8, 80) et en sortie au réseau de bord (50) du véhicule,
- un convertisseur courant continu - courant continu (2), dit convertisseur de repos, connecté d’une part en entrée à un deuxième ensemble (8, 80) de cellules de la batterie (8,80) en amont des interrupteurs de puissance (14, 16, 18) et d’autre part en sortie au réseau de bord (50) du véhicule, le convertisseur de repos (2) étant destiné à une alimentation du véhicule lorsque celui-ci est en mode veille,
- une unité de contrôle (40, 60) du convertisseur d’exploitation (4, 6), alimentée par le réseau de bord (50) du véhicule, et
- une unité de contrôle (20) du convertisseur de repos (2), alimentée par le réseau de bord (50) du véhicule, le système d’alimentation électrique (1, 11, 111) étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre un organe de détection (55) d’un appel de courant sur le réseau de bord (50) nécessitant l'activation du convertisseur d'exploitation (4, 6), l’organe de détection (55) étant apte à provoquer l’activation de l’unité de contrôle (40, 60) du convertisseur d’exploitation (4, 6) lorsqu’il détecte un tel appel de courant.
[Revendication 2] Système d’alimentation électrique (1, 11, 111) selon la revendication 1, dans lequel l’organe de détection (55) est un comparateur de tension apte à comparer une tension (Vb) du réseau de bord (50) avec un seuil bas de tension, ou un comparateur de courant apte à comparer un courant du réseau de bord (50) avec un seuil haut de courant.
[Revendication 3] Système d’alimentation électrique (1, 11, 111) selon la revendication 2, dans lequel le seuil bas de tension est compris entre 10,5 et 12V ou le seuil haut de courant est compris entre 0,2 et IA.
[Revendication 4] Système d’alimentation électrique (1, 11, 111) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comportant en outre un organe de stockage d’énergie électrique (24) connecté au réseau de bord (50) en amont d’un mécanisme de coupure basse tension (90), auquel sont connectés des consommateurs du réseau de bord (50).
[Revendication 5] Système d’alimentation électrique (1, 11, 111) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le convertisseur de repos (2) est apte à fournir une puissance maximale au réseau de bord (50) inférieure ou égale à une puissance maximale de consommation du réseau de bord (50) lorsque le véhicule est en mode veille.
[Revendication 6] Système d’alimentation électrique (1, 11, 111) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comportant deux convertisseurs d’exploitation (4, 6), connectés chacun en entrée à l’ensemble des cellules de la batterie (8, 80), ou bien connectés en entrée l’un (4) au premier ensemble (81) de cellules de la batterie (8, 80) et l’autre (6) à un troisième ensemble (82) de cellules de la batterie (8, 80), le premier ensemble (81) et le troisième ensemble (82) formant une partition d’au moins une partie de la batterie (8, 80).
[Revendication 7] Système d’alimentation électrique (1, 11, 111) selon la revendication 6, dans lequel chacun des deux convertisseurs d’exploitation (4, 6) est commandé par une unité de contrôle distincte (40, 60), et dans lequel l’organe de détection (55) est apte à activer les unités de contrôle (40, 60) des convertisseurs d’exploitation (4, 6) lorsqu’il détecte un appel de courant sur le réseau de bord (50) nécessitant l’activation d’au moins un des convertisseurs d’exploitation (4, 6).
[Revendication 8] Système d’alimentation électrique (1, 11, 111) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel chacun des convertisseurs d’exploitation (4, 6) est apte à fournir une puissance nominale au réseau de bord (50) strictement inférieure à une puissance maximale de consommation du réseau de bord (50) lorsque le véhicule est en phase d’exploitation.
[Revendication 9] Bloc batterie (3, 30, 300) pour véhicule électrique ou hybride, comportant un boîtier logeant un système d’alimentation électrique (1, 11, 111) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, le bloc batterie (3, 30, 300) comportant deux bornes de connexion haute tension (12, 22) et une borne de connexion basse tension.
[Revendication 10] Procédé de gestion (100) de l’alimentation du réseau de bord (50) d’un véhicule équipé d’un dispositif de supervision (10) du véhicule, apte à gérer la consommation d’équipements du véhicule en phases d’exploitation, le véhicule étant équipé d’un système d’alimentation électrique (1, 11, 111) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, et/ou équipé d’un bloc batterie selon la revendication 9, le procédé de gestion (100) comportant des étapes de :
- alimentation (El) du réseau de bord (50) par le convertisseur de repos (2), l’au moins un convertisseur d’exploitation (4, 6) étant désactivé,
- détection (E2) par l’organe de détection (55), d’un appel de courant nécessitant l’activation du convertisseur d’exploitation (4, 6),
- activation (E3) de l’unité de contrôle (40, 60) du convertisseur d’exploitation (4, 6), et
- fourniture de puissance (E4) sur le réseau de bord (50), par le convertisseur d’exploitation (4, 6).
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