FR3081266A1 - Systeme et procede de transfert de puissance electrique sans contact entre un dispositif fixe au sol et un vehicule - Google Patents

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Abstract

Système de transfert de puissance sans contact entre un dispositif d'alimentation électrique fixe au sol (DISP) comprenant un premier convertisseur (20) destiné à être couplé à une source de tension continue (10) et alimentant un premier circuit résonant (30) comprenant au moins une bobine primaire (L30), et un véhicule (VEH) comprenant un deuxième convertisseur (50) destiné à être couplé au réseau (70) de puissance embarqué et relié à un deuxième circuit résonant (80) comprenant au moins une bobine secondaire (L80), ledit système étant apte à transférer une puissance électrique par induction entre les deux bobines formant un coupleur magnétique et comprenant une première unité de traitement (UT40) apte à piloter les cellules de commutation (CEL21, CEL22, CEL23, CEL24) de la première alimentation (20) et une deuxième unité de traitement (UT90) apte à piloter les cellules de commutation (CEL51, CEL52, CEL53, CEL 54) de la deuxième alimentation (50). Chaque unité de traitement est configurée pour réguler le déphasage (ϕE, ϕS) non nul entre le courant et la tension aux bornes de l'un des circuits résonants et réguler la fréquence de commutation des cellules de commutation du convertisseur de puissance alimentant le circuit résonant de manière à suivre une consigne de régulation.

Description

Système et procédé de transfert de puissance électrique sans contact entre un dispositif fixe au sol et un véhicule
La présente invention concerne la charge d’un véhicule automobile, notamment la charge sans contact d’un véhicule électrique ou hybride.
Elle concerne plus particulièrement un système et un procédé de charge sans contact d’une batterie d’un véhicule automobile. Il s’agit de permettre un transfert d’énergie depuis le sol vers un véhicule électrique ou hybride roulant à partir d’une ou d’un ensemble de bobine(s) primaire(s) disposé(es) au sol, et d’une ou d’un ensemble de bobine(s) secondaire(s) embarqué(es) dans le véhicule et connecté(es) au réseau de puissance du véhicule au travers d’un étage de conversion permettant d’assurer la gestion d’énergie et le contrôle de la transmission de puissance. Par la suite, afin de simplifier les explications, le système de charge sans contact comprend une bobine au primaire et une bobine au secondaire.
Lorsque le véhicule roule sur une route électrique à transmission d’énergie par induction, plusieurs bobines primaires intégrées à la route sont activées et désactivées successivement selon la progression du véhicule sur la route.
Afin de pouvoir transmettre de l’énergie par induction, il est nécessaire de magnétiser la lame d’air séparant les deux bobines.
La puissance de charge peut aller d’une dizaine de kW à plus d’une centaine de kW.
Comme les puissances mises en œuvre sont élevées au regard des tailles de bobines compatibles avec un véhicule automobile, il est nécessaire de minimiser les contraintes imposées aux composants du système, notamment les contraintes électriques (tension et/ou courant) dans les composants passifs (bobines et condensateurs des circuits résonants).
Généralement un circuit résonant à fort facteur de qualité est utilisé pour minimiser les pertes dans le système, que ce soit celles par commutation des semi-conducteurs ou encore les pertes par conductions dans ces même semi-conducteurs ou dans les circuits résonants.
Plusieurs méthodes de pilotage des alimentations à découpage comprenant des transistors alimentant les bobines primaire et secondaire permettent de minimiser les pertes par commutation des transistors, notamment un mode de commutation de type commutation à tension nulle connue par l’homme du métier sous les termes anglosaxons « Zero Voltage Switching » ZVS ou commutation douce, c’està-dire à une fréquence supérieure à la fréquence de résonance avec des pertes au blocage des transistors.
On pourra à cet égard se référer au document FR3043505 qui décrit un système de charge SYS1 sans contact de la batterie d’un véhicule roulant à partir du sol comprenant un circuit résonant de type série-série mettant en œuvre des commutations à tension nulle ZVS à déphasage nul entre courant et tension, c’est-à-dire que les commutations des transistors sont pilotées de sorte que la commutation s’effectue lorsque la tension aux bornes du drain et de la source et l’intensité au drain d’un transistor par exemple à effet de champ sont nulles. Les pertes par commutation sont très réduites.
La figure 1 représente le système SYS1 comprenant un dispositif d’alimentation électrique DISP1 et un véhicule automobile VEH1.
Le dispositif DISP1 comprend une source de tension électrique continue 1 raccordée à un convertisseur 2 comprenant des cellules de commutation CEL2a, CEL2b, CEL2c et CEL2d réalisées à partir de transistors T2 et de diodes D2.
Les sorties du convertisseur 2 sont raccordées à un circuit résonant compensé 3 de type série-série comprenant un condensateur C3 relié en série avec une bobine L3.
Le véhicule VEH1 comprend un circuit résonant compensé 4 de type série-série comprenant un condensateur C4 relié en série avec une bobine L4 raccordé à un convertisseur 5 comprenant des cellules de commutation CEL5a, CEL5b, CEL5c et CEL5d réalisées à partir de transistors T5 et de diodes D5.
Les sorties du convertisseur sont raccordées aux bornes d’une batterie 7. Un condensateur de filtrage 6 est relié aux bornes de la batterie 7.
Lors d’une charge de la batterie 7, le véhicule VEH1 est placé au-dessus du dispositif DISP1 situé dans le sol de telle façon que les bobines L3 et L4 sont en regard l’une de l’autre afin que la puissance électrique contenue dans la source 1 du dispositif DISP1 puisse être transférée à la batterie 7 du véhicule VEH1. La distance séparant les deux bobines peut aller jusqu’à 30 cm.
Un axe (A) est défini entre les deux bobines L3 et L4 et est équidistant de chacune des bobines.
Les bobines L3 et L4 forment un coupleur magnétique.
Les structures d’une part du convertisseur 2 et du circuit résonant 3 et, d’autre part du convertisseur 5 et du circuit résonant 4, sont symétriques par rapport à l’axe (A).
Un transfert bidirectionnel de puissance est possible.
En fonctionnement, on commande les convertisseurs 2 et 5 de sorte que les déphasages entre courant et tension aux bornes des circuits résonants 3 et 4 soient de valeur nulle, et on fait varier la fréquence de commutation des cellules CEL2a à CEL2d et CEL5a à CEL5d dans le cas d’un redressement synchrone pour atteindre le point de fonctionnement pour la puissance appelée par la charge.
La structure symétrique et la même commande des alimentations à découpage 2 et 5 permettent d’obtenir une tension aux bornes des circuits 3 et 4 égale à un facteur multiplicatif près.
La commande permet la commutation des alimentations à découpage 2 et 5 lors de l’annulation des courants aux bornes des circuits 3 et 4, et assure des commutations douces. Les facteurs de puissances sont égaux à 1 en entrée et en sortie, ce qui permet de minimiser les pertes.
Cependant, le mode de fonctionnement du système impose d’avoir de faibles valeurs pour les condensateurs résonants C3 et C4.
Cela implique des tensions très importantes devant être supportées par lesdits condensateurs.
Par exemple, pour un système SYS1 d’une puissance de 20 kW, les condensateurs C3 et C4 doivent supporter une tension élevée, pouvant aller au-delà de 4 kV, notamment lorsque la bobine L4 du véhicule est fortement décentrée par rapport à la bobine L3 disposée au sol. Cela restreint la plage des valeurs de décentrage entre les bobines L4 et L3 dans laquelle le transfert d’énergie entre le véhicule VEH1 et le dispositif DISP1 fixé au sol peut avoir lieu sans détériorer les condensateurs C3 et C4, c’est-à-dire la tension aux bornes des condensateurs résonnants reste inférieure à la tension de seuil de chacun des condensateurs C3 et C4.
Ces contraintes limitent la plage de variation de couplage magnétique possible, et donc la tolérance au décentrage entre le dispositif au sol et le véhicule.
On pourra se référer au document FR2962264 qui décrit un système de charge sans contact utilisant un train d’impulsions prenant en compte des signaux d’un dispositif émetteur au sol pour détecter automatiquement une position adéquate du véhicule et ainsi amorcer la charge. Il ne traite pas du fonctionnement du système pour la charge et un dialogue durant toute la charge est nécessaire entre le dispositif au sol et le véhicule. Cela est difficilement compatible avec une application de charge d’un véhicule roulant.
Le document US2006/082323 divulgue un étage de conversion raccordé à un système de transfert de puissance inductif destiné à adapter la tension de la batterie à charger appliquée à ses bornes. Ce document ne divulgue aucune fonction de décharge de la batterie et aucune optimisation du dimensionnement du coupleur magnétique.
Le document WO2011/146661 présente un système de transfert d’énergie par couplage inductif réversible. L’objet de ce document est la détection d’objets étrangers dans l’entrefer entre les deux bobines formant un coupleur magnétique afin de limiter la puissance de transfert dans ce cas.
Le document US2015/244176 décrit un système de transfert inductif symétrique et bidirectionnel. Il ne précise pas le pilotage du système.
Le document W02010/104803 divulgue un système de recharge sans fil d’appareils électroportatifs permettant un transfert d’énergie bidirectionnel en mettant en œuvre une bobine dédiée à chaque sens de transfert d’énergie.
Le document W0200310531 1 décrit un système de charge sans fil d’appareils électroportatifs permettant un échange d’énergie entre les batteries de deux appareils électroportatifs par couplage à une platine initialement émettrice.
Les systèmes de charge décrits dans ces documents ne permettent pas de diminuer les fortes contraintes en tension ou courant du circuit résonant compensé, c’est-à-dire les fortes tensions aux bornes des condensateurs des circuits résonants. De plus, les systèmes de charge mettent en œuvre un dialogue entre le dispositif au sol et le dispositif mobile incorporés dans le système de charge pour asservir la tension de charge aux bornes de la batterie pendant toute la durée de la charge, ce qui est incompatible pour un fonctionnement avec un véhicule en mouvement.
Le but de l’invention est de pallier ces inconvénients.
Au vu de ce qui précède, l’invention propose un procédé de transfert de puissance sans contact entre un dispositif d’alimentation électrique fixe au sol comprenant un premier convertisseur de puissance couplé à une source de tension continue et à un premier circuit résonant comprenant un premier condensateur, et un véhicule comprenant un deuxième convertisseur de puissance couplé à un réseau de puissance embarqué et relié à un deuxième circuit résonant comprenant un deuxième condensateur.
Selon une caractéristique du procédé selon l’invention, lors d’une étape de transfert de puissance, on régule le déphasage entre le courant et la tension aux bornes de l’un des circuits résonants et en ce que l’on régule la fréquence de commutation des cellules de commutation de l’autre convertisseur de puissance de manière à suivre une consigne de régulation.
Avantageusement, les premier et deuxième convertisseurs de puissance comprennent des cellules de commutation comprenant chacune un transistor commutant à tension nulle à une fréquence déterminée.
Par commutation à tension nulle, on entend une tension quasinulle par rapport au mode de commutation de type commutation à tension nulle connue par l’homme du métier sous les termes anglosaxons « Zero Voltage Switching » ZVS ou commutation douce.
De préférence, les premier et deuxième convertisseurs sont réversibles et aptes à transférer la puissance électrique depuis la source de tension continue vers le réseau de puissance embarqué ou depuis ledit réseau de puissance embarqué vers ladite source de tension continue.
Selon un premier mode de mise en œuvre, pendant l’étape de transfert de puissance, on régule la fréquence de commutation du premier convertisseur de puissance à une fréquence fixe et on régule le déphasage du deuxième convertisseur de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne.
Selon un deuxième mode de mise en œuvre, pendant l’étape de transfert de puissance, on régule le déphasage du premier convertisseur de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs soit inférieure à leur valeur de seuil et on régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne.
Selon un troisième mode de mise en œuvre, pendant l’étape de transfert de puissance, on régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur de puissance à une fréquence fixe et on régule le déphasage du premier convertisseur de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne.
Selon un quatrième mode de mise en œuvre, pendant l’étape de transfert de puissance, on régule le déphasage du deuxième convertisseur de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs soit inférieure à une valeur de seuil et on régule la fréquence de commutation du premier convertisseur de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne.
Selon un cinquième mode de mise en œuvre, pendant l’étape de transfert de puissance, on régule la fréquence de commutation du premier convertisseur de puissance à une fréquence fixe et on régule le déphasage du deuxième convertisseur de puissance de sorte à suivre la consigne de régulation imposant que la tension aux bornes du deuxième circuit résonant soit égale à la tension aux bornes du premier circuit résonant à un facteur multiplicatif près.
Selon un sixième mode de mise en œuvre, pendant l’étape de transfert de puissance, on régule le déphasage du premier convertisseur de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs soit inférieure à leur valeur de seuil et on régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur de puissance de sorte à suivre la consigne de régulation imposant que la tension aux bornes du second circuit résonant soit égale à la tension aux bornes du premier circuit résonant à un facteur multiplicatif près.
L’invention a aussi pour objet un système de transfert de puissance sans contact entre un dispositif d’alimentation électrique fixe au sol comprenant un premier convertisseur destiné à être couplé à une source de tension continue et alimentant un premier circuit résonant comprenant au moins une bobine primaire, et un véhicule comprenant un deuxième convertisseur destiné à être couplé au réseau de puissance embarqué et relié à un deuxième circuit résonant comprenant au moins une bobine secondaire, ledit système étant apte à transférer une puissance électrique par induction entre les deux bobines formant un coupleur magnétique et comprenant une première unité de traitement apte à piloter les cellules de commutation de la première alimentation et une deuxième unité de traitement apte à piloter les cellules de commutation de la deuxième alimentation.
Selon une caractéristique du système selon l’invention, chaque unité de traitement est configurée pour réguler un déphasage non nul entre le courant et la tension aux bornes de l’un des circuits résonants et pour réguler la fréquence de commutation des cellules de commutation du convertisseur de puissance alimentant le circuit résonant de manière à suivre une consigne de régulation.
Avantageusement, chaque cellule de commutation comprend un transistor et un condensateur dont une première borne est reliée à la source du transistor et une deuxième borne est reliée au drain du transistor.
Selon une autre caractéristique du système selon l’invention, les premier et deuxième convertisseurs ont une structure symétrique par rapport à un axe médian séparant les bobines primaire et secondaire bobines du coupleur magnétique.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1, dont il a déjà été fait mention, illustre un dispositif de charge selon l’état de la technique ;
- la figure 2 est une vue schématique d’une route électrique à transmission d’énergie par induction conforme à l’invention ;
- la figure 3 est une vue schématique d’un système de charge sans contact conforme à l’invention ;
- la figure 4 est un diagramme temporel illustrant une séquence de commutation de transistor sur une période ;
- la figure 5 est un diagramme temporel illustrant les instants de commutation de cellules de commutation ;
-la figure 6 illustre un premier mode de mise en œuvre du système de charge sans contact conforme à l’invention ;
-la figure 7 illustre un deuxième mode de mise en œuvre du système de charge sans contact conforme à l’invention ;
-la figure 8 illustre un troisième mode de mise en œuvre du système de charge sans contact conforme à l’invention ;
-la figure 9 illustre un quatrième mode de mise en œuvre du système de charge sans contact conforme à l’invention ;
-la figure 10 illustre un cinquième mode de mise en œuvre du système de charge sans contact conforme à l’invention ; et
-la figure 11 illustre un sixième mode de mise en œuvre du système de charge sans contact conforme à l’invention.
On se référera tout d’abord à la figure 2 qui représente un schéma de principe d’une route électrique à transmission d’énergie par induction conforme à l’invention sur lequel sont illustrés des dispositifs fixes d’alimentation électrique DISP1, DISP2 et DISP3 fixés au sol et incorporant chacun au moins une bobine primaire L, et un véhicule électrique ou hybride VEH incorporant au moins une bobine secondaire L80 connectée au réseau de puissance du véhicule.
Afin de simplifier les explications, on suppose dans ce qui suit que les dispositifs fixes d’alimentation électrique incorporent une bobine primaire L et le véhicule incorpore une bobine secondaire L80.
Les dispositifs DISP1, DISP2 et DISP3 sont alimentés par une source 10 de tension continue.
La source 10 peut comprendre une source de tension continue réversible, c’est-à-dire qu’elle peut fournir de l’énergie ou emmagasiner de l’énergie.
Lorsque le véhicule VEH électrique ou hybride en mouvement est situé au-dessus de l’un des dispositifs DISP1, DISP2 ou DISP3, celui-ci est activé et la bobine L correspondante est alimentée pour transmettre de la puissance électrique au véhicule VEH, par exemple comme représenté ici le dispositif DISP2 alimente le véhicule VEH.
Lorsque le véhicule s’est déplacé d’une distance suffisante pour être au-dessus d’un autre dispositif fixe, celui-ci est activé et le dispositif activé précédemment change de mode de fonctionnement de sorte à ne plus délivrer de puissance électrique au véhicule VEH.
On se réfère tout d’abord à la figure 3 qui illustre un mode de réalisation d’un système de charge SYS sans contact selon l’invention.
Le système SYS comprend un dispositif fixe d’alimentation électrique DISP fixé au sol similaire aux dispositifs DISP1, DISP2 et DISP3 et le véhicule VEH.
Le dispositif fixe DISP comprend un premier convertisseur 20 de puissance raccordé à une source de tension continue 10, de préférence réversible, et à un premier circuit résonant 30, des premiers moyens de mesure de courant Mil et un premier calculateur 40.
Le convertisseur 20 comprend deux bras BR21 et BR22 comprenant chacun deux cellules de commutation de constitution identique et deux bornes de connexion B201 et B202. Chacune des cellules comprend un transistor, par exemple un transistor à effet de champ de type NMOS. Cela étant l’utilisation d’autres technologies de transistor est également possible, par exemple des transistors bipolaires, ou des transistors à haute mobilité d'électrons.
Chaque cellule de commutation comprend en outre un condensateur dont une première borne est reliée au drain du transistor et une deuxième borne reliée à la source du transistor et une diode dont l’anode est reliée à la source et la cathode est reliée au drain du transistor.
Le bras BR21 comprend deux cellules de commutation CEL21 et CEL23 comprenant respectivement un transistor T21 et T23, une diode D21 et D23, et un condensateur C21 et C23 agencés comme décrit précédemment.
Selon un autre mode de réalisation, chaque cellule de commutation comporte un transistor NMOS comprenant une diode montée en antiparallèle du transistor dont l’anode est reliée à la source et la cathode est reliée au drain du transistor connue par l’homme du métier sous l’appellation anglo-saxonne « body diode ».
Le drain du transistor T21 est relié à la borne B201 et la source du transistor T21 est reliée au drain du transistor T23.
La source du transistor T23 est reliée à la borne B202.
Le bras BR22 comprend deux cellules de commutation CEL22 et CEL24 comprenant respectivement un transistor T22 et T24, une diode D22 et D24, et un condensateur C22 et C24 agencés comme décrit précédemment.
Le drain du transistor T22 est relié à la borne B201 et la source du transistor T22 est reliée au drain du transistor T24.
La source du transistor T24 est reliée à la borne B202.
La borne positive de la source de tension 10 est reliée à la borne B201 et la borne négative est reliée à la borne B202.
Le premier circuit résonant 30 comprend un premier condensateur C30 dont une première borne est reliée par l’intermédiaire des moyens Mil au nœud commun entre la source du transistor T21 et le drain du transistor T23, et une deuxième borne est reliée à une première borne d’une bobine primaire L30 identique à la bobine L. Une deuxième borne de la bobine L30 est reliée au nœud commun entre la source du transistor T22 et le drain du transistor T24.
Les transistors T21, T22, T23 et T24 sont pilotés par des premiers moyens de pilotage MP40 incorporés dans le premier calculateur 40.
Un courant îe circule à travers le condensateur C30 et on relève une tension ue aux bornes du circuit 30. Soit (pE un premier déphasage entre le courant îe et la tension ue.
Le calculateur 40 comprend les moyens de pilotage 40, des premiers moyens de communication sans fil MC40 et une première unité de traitement UT40.
Le calculateur 40 est par exemple un calculateur automobile.
L’unité de traitement UT40 est configurée pour contrôler les moyens de pilotage MP40 selon les instructions reçus par les moyens de communication MC40 et les moyens de mesure MIL
Par exemple l’unité de traitement UT40 est réalisée à partir d’un calculateur, mais il peut s’agir de tout dispositif embarqué permettant de mettre en œuvre les moyens MP40, MC40 et MIL
Les moyens Mil sont configurés pour mesurer la valeur et le signe du courant Îe et transmettre les valeurs mesurées à l’unité UT40.
L’unité de traitement UT40 est en outre configurée pour déterminer le déphasage (pE en mesurant la durée qui sépare le passage par zéro (changement de signe) du courant Îe et le prochain front montant du signal de commande des cellules CEL21 et CEL24.
Si la source 10 comprend une source de tension continue réversible, l’unité UT40 est aussi configurée pour déterminer la puissance maximale PmaxlO admissible par la source et élaborer une consigne de puissance PconslO de charge de la source 10.
Le véhicule VEH comprend un deuxième convertisseur 50 de puissance raccordé à un filtre 60, un réseau 70 de puissance destiné à assurer la gestion de l’alimentation électrique du véhicule et comprenant une borne de connexion de polarité positive et une borne de connexion de polarité négative, un deuxième circuit résonant 80, de deuxièmes moyens de mesure de courant MI2, un deuxième calculateur 90 et des moyens MB de surveillance du réseau 70.
Le réseau 70 peut comporter une batterie.
Le deuxième convertisseur 50 comprend deux bras BR51 et BR52 comprenant chacun deux cellules de commutation de constitution identique aux cellules de commutation décrites précédemment et deux bornes de connexion B501 et B502.
Le bras BR51 comprend deux cellules de commutation CEL51 et CEL53 comprenant respectivement un transistor T51 et T53, une diode D51 et D53, et un condensateur C51 et C53 agencés comme décrit précédemment.
Le drain du transistor T51 est relié à la borne B501 et la source du transistor T51 est reliée au drain du transistor T53.
La source du transistor T53 est reliée à la borne B502.
Le bras BR52 comprend deux cellules de commutation CEL52 et CEL54 comprenant respectivement un transistor T52 et T54, une diode D52 et D54, et un condensateur C52 et C54 agencés comme décrit précédemment.
Le drain du transistor T52 est relié à la borne B501 et la source du transistor T52 est reliée au drain du transistor T54.
La source du transistor T54 est reliée à la borne B502.
Le filtre 60 comprend un condensateur C60 dont une première borne est reliée à la borne B501 et une deuxième borne est reliée à la borne B502.
La borne positive du réseau 70 est reliée à la borne B501 et la borne négative est reliée à la borne B502. On relève une tension Vs aux bornes du réseau 70.
Le deuxième circuit résonant 80 comprend un deuxième condensateur C80 dont une première borne est reliée par l’intermédiaire des moyens MI2 au nœud commun entre la source du transistor T52 et le drain du transistor T54, et une deuxième borne est reliée à une première borne d’une bobine secondaire L80 identique à la bobine L. Une deuxième borne de la bobine L80 est reliée au nœud commun entre la source du transistor T51 et le drain du transistor T53.
Les transistors T51, T52, T33 et T54 sont pilotés par des deuxièmes moyens de pilotage MP90 incorporés dans le deuxième calculateur 90.
Un courant is circule à travers le condensateur C80 et on relève une tension us aux bornes du circuit 80. Soit tps un second déphasage entre le courant is et la tension us.
Le calculateur 90 comprend les moyens de pilotage MP90, des deuxièmes moyens de communication sans fil MC90 et une deuxième unité de traitement UT90.
Le calculateur 90 est par exemple un calculateur automobile. Il s’agit de tout calculateur pouvant être embarqué dans un véhicule.
L’unité de traitement UT90 est configurée pour contrôler les moyens de pilotage MP90 selon les instructions reçus par les moyens de communication MC90 et les moyens de mesure MI2.
Par exemple l’unité de traitement UT90 est réalisée à partir d’un calculateur, mais il peut s’agir de tout dispositif embarqué permettant de mettre en œuvre les moyens MP90, MC90 et MI2.
Les moyens MI2 sont configurés pour mesurer la valeur et le signe du courant is et transmettre les valeurs mesurées à l’unité UT90.
Les moyens MB sont configurés pour recevoir une consigne de puissance émise par le réseau 70, et transmettre à l’unité UT90 la consigne de puissance.
Si le réseau comprend un moyen de stockage d’énergie électrique, par exemple une batterie, les moyens MB sont en outre configurés pour relever l’état de la batterie, notamment la température de la batterie, le courant et la tension aux bornes de la batterie.
L’unité de traitement UT90 est en outre configurée pour déterminer le déphasage tps en mesurant la durée qui sépare le passage par zéro (changement de signe) du courant is et le prochain front montant du signal de commande des cellules CEL52 et CEL53, déterminer la puissance maximale Pmax70 admissible par le réseau 70 embarqué dans le véhicule VEH et élaborer une consigne de puissance Pcons70 d’alimentation du réseau 70.
Les bobines L30 et L80 forment un coupleur magnétique dont la valeur du coefficient de couplage dépend du désaxage de la bobine L80 par rapport à la bobine L30, c’est-à-dire du véhicule VEH par rapport au dispositif DISP.
Les structures d’une part du convertisseur 20 et du circuit résonant 30 et, d’autre part du convertisseur 50 et du circuit résonant 80, sont symétriques par rapport à un axe médian du coupleur magnétique (M).
Les condensateurs C21 à C24 et C51 à C54 sont de capacité identique, par exemple 10 nF et supportent une tension égale à celle de la source continue 10. Les diodes D21 à D24 et D51 à D54 sont de préférence identiques, et les transistors T21 à T24 et T51 à T54 sont de préférence identiques.
Cette structure symétrique d’une part du convertisseur 20 et du circuit résonant 30 et, d’autre part du convertisseur 50 et du circuit résonant 80 permet de commander les convertisseurs 20 et 50 de manière symétrique.
En outre cette structure symétrique permet un transfert de puissance bidirectionnel au sein du système SYS, c’est-à-dire que selon le pilotage des convertisseurs 20 et 50, la source 10 peut alimenter le réseau 70 ou si la source 10 comprend une source de tension continue réversible et le réseau 70 comprend une source de tension continue, par exemple une batterie, il peut charger la source de tension 10.
Chaque unité de traitement UT40 et UT90 est configurée pour réguler le déphasage entre le courant et la tension aux bornes de l’un des circuits résonants 30 et 80 et réguler la fréquence de commutation des cellules de commutation du convertisseur de puissance alimentant le circuit résonant de manière à suivre une consigne de régulation.
Dans ce qui suit, on suppose que la source 10 alimente le réseau 70.
En fonctionnement, le transfert de puissance entre la source 10 et le réseau 70 est régulé en régulant le déphasage (ps lorsque la fréquence de commutation des cellules CEL21 à CEL24 est régulée de manière fixe, en régulant le déphasage φε lorsque la fréquence de commutation des cellules CEL51 à CEL54 est régulée de manière fixe, de manière à suivre une consigne de régulation.
Différents modes de mise en œuvre du système SYS sont décrits dans ce qui suit.
La consigne de régulation comprend une puissance de consigne ou impose que les tensions aux bornes des premier et second circuits résonants soient égales à un facteur multiplicatif près.
Le facteur multiplicatif Ml est égal au rapport de transformation du coupleur magnétique.
Le convertisseur 20 fonctionne à une fréquence F20 avantageusement choisie, de période T20, par exemple, 85 kHz.
Les cellules de commutation CEL21 et CEL24 sont pilotées en opposition de phase par rapport aux cellules CEL22 et CEL23, c’est-àdire que lorsque les transistors T21 et T24 sont passants, les transistors T22 et T23 sont bloqués.
De même, les cellules de commutation CEL51 et CEL54 sont pilotées en opposition de phase par rapport aux cellules CEL52 et CEL53.
On se réfère à la figure 4 qui illustre sur une période T20 l’évolution du courant îe et la tension oe selon l’état des transistors T21 à T24.
L’état 1 désigne l’état passant du transistor et l’état 0 désigne l’état bloqué du transistor.
Bien entendu, le convertisseur 50 fonctionne de manière similaire.
On se réfère à la figure 5 qui représente schématiquement aux instants de commutation INSTC1 et INSTC2 de la période T20 la tension VT21 entre le drain et la source du transistor T21 et le courant drain IT21 au drain du transistor T21, et la tension VT22 entre le drain et la source du transistor T22 et le courant drain IT21 au drain du transistor T22.
On observe que la commutation des transistors T21 et T22 aux instants INSTC1 et INSTC2 s’effectue lorsque les tensions VT21 et VT22 sont nulles.
A l’instant INSTC1 le courant Îe charge les condensateurs C21 et C24, et les condensateurs C22 et C23 se déchargent.
A l’instant INSTC2 le courant Îe charge les condensateurs C22 et C23, et les condensateurs C21 et C24 se déchargent.
Les signaux de tension entre le drain et la source et d’intensité au drain des transistors T23, T24 et T51 à T54 sont analogues à ceux des transistors T21 et T22.
Les condensateurs C21 à C24 et C51 à C54 sont dimensionnés de sorte à assurer un fonctionnement en commutation douce des transistors. Ce fonctionnement est connu par l’homme du métier sous le terme anglo-saxon « Zero Voltage Switching », ZVS.
Les condensateurs C21 à C24 et C51 à C54 permettent de réduire très fortement les pertes au blocage des transistors, tandis que l’amorçage des transistors se fait à tension nulle à la fréquence de commutation F20 des transistors en dérivant le courant dans les condensateurs C21 à C24 et C51 à C54 lors des phases de commutation des transistors des alimentations à découpage 20 et 50.
Les transistors T21 à T24 et T51 à T54 commutent à tension nulle à la fréquence déterminée F20.
On se réfère à la figure 6 qui représente un premier mode de mise en œuvre du système SYS, dans lequel le calculateur 90 régule le transfert de puissance entre la source 10 et le réseau 70 en ajustant le déphasage tps de sorte que la puissance transférée entre le dispositif DISP et le véhicule VEH soit égale à la puissance de consigne Pcons70.
Dans une première étape 1, les moyens de mesure MB reçoivent une consigne de puissance émise par le réseau de puissance embarqué 70 ou si le réseau de puissance 70 comporte une batterie, relèvent les paramètres de la batterie, notamment la température, l’intensité et la tension de la batterie, et transmettent ces valeurs à l’unité de traitement UT90 qui détermine notamment le courant is maximal admissible Imax70 d’alimentation du réseau 70 en fonction de ces valeurs, calcule la puissance de charge maximale Pmax70 admissible par le réseau 70 et élabore une consigne de régulation comprenant une puissance de consigne Pcons70 de valeur inférieure ou égale à la puissance Pmax70.
Dans une étape 2, l’unité UT90 envoie un signal de début de charge au dispositif DISP par l’intermédiaire des moyens de communication MC90 et pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que les transistors T51 à T54 soient bloqués.
Le convertisseur 50 fonctionne comme un redresseur à diodes.
Les moyens de communication MC40 transmettent le signal à l’unité de traitement UT40 qui à la réception du signal pilote les transistors des cellules de commutation CEL21 à CEL24 à la fréquence F20 de sorte que la bobine L30 soit alimentée.
Dans une étape 3 de transfert de puissance, après l’émission du signal par les moyens MC90, l’unité UT40 régule la fréquence de commutation du premier convertisseur 20 de puissance à la fréquence F20 fixe et l’unité UT90 régule le déphasage tps du deuxième convertisseur 50 de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne Pcons70.
À la fin de la charge, à l’étape 4, l’unité UT90 pilote les cellules CEL51 à CEL 54 de sorte que tps soit égal à 90°, c’est-à-dire que seule de la puissance réactive est échangée. L’unité UT40 reconnaît cette configuration de déphasage et pilote les transistors T21 à T24 de façon à ce qu’ils soient bloqués. La charge s’arrête.
Durant l’étape de transfert de puissance, la demande de puissance du réseau 70 peut varier, par conséquent la puissance Pcons70 varie lors de l’étape de transfert de puissance. A chaque instant l’unité UT90 détermine la puissance Pcons70 et ajuste le déphasage tps de manière que la puissance transférée soit égale à la puissance Pcons70.
On se réfère à la figure 7 qui représente un deuxième mode de mise en œuvre du système SYS, dans lequel le calculateur 40 régule le transfert de puissance entre la source 10 et le réseau de puissance embarqué 70 en ajustant la fréquence de commutation du convertisseur 50 de sorte que la puissance transférée soit égale à la puissance de consigne Pcons70.
Dans une première étape 10 analogue à l’étape 1, les moyens de mesure MB reçoivent une consigne de puissance émise par le réseau de puissance embarqué 70 ou si le réseau de puissance 70 comporte une batterie, relèvent les paramètres de la batterie, notamment la température, l’intensité et la tension de la batterie, et transmettent ces valeurs à l’unité de traitement UT90 qui détermine notamment le courant is maximal admissible Imax70 d’alimentation du réseau 70 en fonction de ces valeurs, calcule la puissance de charge maximale Pmax70 admissible par le réseau 70 et élabore une consigne de régulation comprenant une puissance de consigne Pcons70 de valeur inférieure ou égale à la puissance Pmax70.
Dans une étape 11 analogue à l’étape 2, l’unité UT90 envoie un signal de début de charge au dispositif DISP par l’intermédiaire des moyens de communication MC90 et pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que les transistors T51 à T54 soient bloqués.
Le convertisseur 50 fonctionne comme un redresseur à diodes.
Les moyens de communication MC40 transmettent le signal à l’unité de traitement UT40 qui à la réception du signal pilote les transistors des cellules de commutation CEL21 à CEL24 à la fréquence F20 de sorte que la bobine L30 soit alimentée.
Dans une étape 12 de transfert de puissance, après l’émission du signal par les moyens MC90, l’unité UT40 régule le déphasage φε du premier convertisseur de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs des circuits résonants 30 et 80 soit inférieure à leur valeur de seuil (tension maximale supportée par les condensateurs) et l’unité UT90 régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne Pcons70.
Pendant cette étape, le convertisseur 20 fonctionne à la même fréquence que le convertisseur 50.
A la fin de la charge, à l’étape 13 analogue à l’étape 4 décrite précédemment, l’unité UT90 pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que φε soit égal à 90°, c’est-à-dire que seule de la puissance réactive est échangée. L’unité UT40 reconnaît cette configuration de déphasage et pilote les transistors T21 à T24 de façon à ce qu’ils soient bloqués. La charge s’arrête.
Durant l’étape de transfert de puissance, la demande de puissance du réseau 70 peut varier, par conséquent la puissance Pcons70 varie lors de l’étape de transfert de puissance. A chaque instant l’unité UT90 détermine la puissance Pcons70 et ajuste la commutation des transistors CEL51 à CEL 54 de façon à ce que la puissance de charge soit égale à la puissance Pcons70.
On se réfère à la figure 8 qui représente un troisième mode de mise en œuvre du système SYS, dans lequel le calculateur 40 régule le transfert de puissance entre la source 10 et le réseau de puissance 70 en ajustant le déphasage (pE de sorte que la puissance transférée soit égale à la puissance de consigne Pcons70.
Dans une première étape 20 analogue à l’étape 1, les moyens de mesure MB reçoivent une consigne de puissance émise par le réseau de puissance embarqué 70 ou si le réseau de puissance 70 comporte une batterie, relèvent les paramètres de la batterie, notamment la température, l’intensité et la tension de la batterie, et transmettent ces valeurs à l’unité de traitement UT90 qui détermine notamment le courant is maximal admissible Imax70 d’alimentation du réseau 70 en fonction de ces valeurs, calcule la puissance de charge maximale Pmax70 admissible par le réseau 70 et élabore une consigne de régulation comprenant une puissance de consigne Pcons70 de valeur inférieure ou égale à la puissance Pmax70.
Dans une étape 21 l’unité UT90 envoie un signal de début de charge comportant la consigne de puissance Pcons70 au dispositif DISP par l’intermédiaire des moyens de communication MC90 et pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que les transistors T51 à T54 soient bloqués.
Le convertisseur 50 fonctionne comme un redresseur à diodes.
Les moyens de communication MC40 transmettent le signal à l’unité de traitement UT40.
Dans une étape 22 de transfert de puissance, l’unité UT90 régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur 50 de puissance à une fréquence F20 fixe et l’unité UT40 régule le déphasage φε du premier convertisseur 20 de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne Pcons70.
A la fin de la charge, à l’étape 23 analogue à l’étape 4 décrite précédemment, l’unité UT90 pilote les cellules CEL51 à CEL 54 de sorte que φε soit égal à 90°, c’est-à-dire que seule de la puissance réactive est échangée. L’unité UT40 reconnaît cette configuration de déphasage et pilote les transistors T21 à T24 de façon à ce qu’ils soient bloqués. La charge s’arrête.
Durant l’étape de transfert de puissance, la demande de puissance du réseau 70 peut varier, par conséquent la puissance Pcons70 varie. A chaque instant de la charge, l’unité UT90 détermine la puissance Pcons70 et envoie la consigne Pcons70 actualisée à l’unité UT40. Cette information est transmise à intervalle régulier, par exemple toutes les 100 millisecondes par le véhicule VEH au dispositif DISP.
On se réfère à la figure 9 qui représente un quatrième mode de mise en œuvre du système SYS, dans lequel le calculateur 40 régule le transfert de puissance entre la source 10 et le réseau de puissance 70 en ajustant la fréquence de commutation du convertisseur 20 de sorte que la puissance transférée soit égale à une puissance de consigne Pcons70.
Dans une première étape 30 analogue à l’étape 1, les moyens de mesure MB reçoivent une consigne de puissance émise par le réseau de puissance embarqué 70 ou si le réseau de puissance 70 comporte une batterie, relèvent les paramètres de la batterie, notamment la température, l’intensité et la tension de la batterie, et transmettent ces valeurs à l’unité de traitement UT90 qui détermine notamment le courant is maximal admissible Imax70 d’alimentation du réseau 70 en fonction de ces valeurs, calcule la puissance de charge maximale Pmax70 admissible par le réseau 70 et élabore une consigne de régulation comprenant une puissance de consigne Pcons70 de valeur inférieure ou égale à la puissance Pmax70.
Dans une étape 31 analogue à l’étape 21, l’unité UT90 envoie un signal de début de charge comportant la consigne de puissance Pcons70 au dispositif DISP par l’intermédiaire des moyens de communication MC90 et pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que les transistors T51 à T54 soient bloqués.
Le convertisseur 50 fonctionne comme un redresseur à diodes.
Les moyens de communication MC40 transmettent le signal à l’unité de traitement UT40.
Dans une étape 32 de transfert de puissance, l’unité UT90 régule le déphasage tps du deuxième convertisseur 50 de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs C30 et C80 soit inférieure à leur valeur de seuil et l’unité UT40 régule la fréquence de commutation du premier convertisseur 20 de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne Pcons70.
A la fin de la charge, à l’étape 33 analogue à l’étape 4 décrite précédemment, l’unité UT90 pilote les cellules CEL51 à CEL 54 de sorte que tps soit égal à 90°, c’est-à-dire que seule de la puissance réactive est échangée. L’unité UT40 reconnaît cette configuration de déphasage et pilote les transistors T21 à T24 de façon à ce qu’ils soient bloqués. La charge s’arrête.
Durant l’étape de transfert de puissance, la demande de puissance du réseau 70 peut varier, par conséquent la puissance Pcons70 varie. A chaque instant de la charge, l’unité UT90 détermine la puissance Pcons70 et envoie la consigne Pcons70 actualisée à l’unité UT40. Cette information est transmise à intervalle régulier, par exemple toutes les 100 millisecondes par le véhicule VEH au dispositif DISP.
On se réfère à la figure 10 qui représente un cinquième mode de mise en œuvre du système SYS, dans lequel le calculateur 90 régule le transfert de puissance entre la source 10 et le réseau 70 en ajustant le déphasage tps de sorte que les tensions ue et us soient égales au facteur multiplicatif Ml près, ou bien que us soit égale à une valeur prédéterminée.
Dans une première étape 40, l’unité de traitement UT90 reçoit la valeur de la tension ue par l’intermédiaire des moyens MC40 et MC90 égale à la valeur de la tension de la source 10.
Dans une étape 41, l’unité UT90 envoie un signal de début de charge au dispositif DISP comprenant la valeur de tension de la source 10 égale à ue par l’intermédiaire des moyens de communication MC90 et pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que les transistors T51 à T54 soient bloqués.
Le convertisseur 50 fonctionne comme un redresseur à diodes classique.
Les moyens de communication MC40 transmettent le signal à l’unité de traitement UT40 qui, à réception du signal, pilote les transistors des cellules de commutation CEL21 à CEL24 à la fréquence F20 de sorte que la bobine L30 soit alimentée.
Dans une étape 42 de transfert de puissance, après l’émission du signal par les moyens MC90, l’unité UT40 régule la fréquence de commutation du premier convertisseur 20 de puissance à la fréquence
F20 fixe et l’unité UT90 régule le déphasage (ps du deuxième convertisseur 50 de puissance de sorte à suivre la consigne de régulation imposant que la tension ns aux bornes du deuxième circuit résonant 80 soit égale à la tension oe aux bornes du premier circuit résonant 30 au facteur multiplicatif M près.
Dans cette étape, le déphasage (pE est égal au déphasage (ps à une tolérance près dépendante du désaxage entre les circuits 30 et 80 et la fréquence de commutation des cellules CEL51 à CEL 54 est égale à la fréquence F20.
A la fin de la charge, à l’étape 43 analogue à l’étape 4 décrite précédemment, l’unité UT90 pilote les cellules CEL51 à CEL 54 de sorte que (ps soit égal à 90°, c’est-à-dire que seul de la puissance réactive est échangée. L’unité UT40 reconnaît cette configuration de déphasage et pilote les transistors T21 à T24 de façon à ce qu’ils soient bloqués. La charge s’arrête.
On se réfère à la figure 11 qui représente un sixième mode de mise en œuvre du système SYS, dans lequel le calculateur 90 régule le transfert de puissance entre la source 10 et le réseau de puissance embarqué 70 en ajustant la fréquence de commutation du convertisseur 50 de sorte que les tensions oe et ns soient égales au rapport multiplicatif Ml près.
Dans une première étape 50 analogue à l’étape 40 décrite précédemment, l’unité de traitement UT90 reçoit par l’intermédiaire des moyens MC40 et MC90 la valeur de la tension de la source 10 qui est égale à la tension oe.
Dans une étape 51 analogue à l’étape 41, l’unité UT90 envoie un signal de début de charge au dispositif DISP comprenant la valeur de tension de la source 10 égale à la valeur de la tension oe par l’intermédiaire des moyens de communication MC90 et pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que les transistors T51 à T54 soient bloqués.
Le convertisseur 50 fonctionne comme un redresseur à diodes classique.
Les moyens de communication MC90 transmettent le signal à l’unité de traitement UT90 qui à la réception du signal pilote les transistors des cellules de commutation CEL51 à CEL54 à la fréquence F20 de sorte que la bobine L80 soit alimentée.
Dans une étape 52 de transfert de puissance, après l’émission du signal par les moyens MC90, l’unité UT40 régule le déphasage (pE du premier convertisseur 20 de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs C30 et C80 soit inférieure à leur valeur de seuil et l’unité UT90 régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur 50 de puissance de sorte à suivre la consigne de régulation imposant que la tension ns aux bornes du second circuit résonant 80 soit égale à la tension oe aux bornes du premier circuit résonant 30 à un facteur multiplicatif M près.
A la fin de la charge, à l’étape 53 analogue à l’étape 4 décrite précédemment, l’unité UT90 pilote les cellules CEL51 à CEL54 de sorte que tps soit égal à 90°, c’est-à-dire que seule de la puissance réactive est échangée. L’unité UT40 reconnaît cette configuration de déphasage et pilote les transistors T21 à T24 de façon à ce qu’ils soient bloqués. La charge s’arrête.
Selon le mode de mise en œuvre, les valeurs de déphasage et de fréquence imposées varient dans une plage respectivement de déphasage ou de fréquence dans laquelle la commutation des transistors s’effectue à tension nulle et en mode ZVS.
Les paramètres des circuits résonants 30 et 80 et la fréquence F20 sont choisis de sorte que selon la valeur du rapport multiplicatif Ml, la tension aux bornes des condensateurs C30 et C80 soient inférieure à leur tension de seuil.
Le transfert de puissance entre le dispositif DISP et le véhicule VEH s’effectue avec des déphasages qui peuvent être non nul et qui varient en fonction de la valeur du coefficient de couplage, c’est-àdire en fonction du désaxage du véhicule VEH par rapport au dispositif DISP au sol.
Les déphasages non nuis permettent de réduire la tension aux bornes des condensateurs des circuits résonants en permettant d’augmenter la capacité des condensateurs et de diminuer l’impédance des inductances dans les circuits résonants. On peut réduire la plage de variation de la fréquence de commutation pour assurer la recopie et pour choisir la fréquence F20.
Les tensions se répartissent à présent entre les condensateurs résonants et les transistors.
Les déphasages non nuis permettent de ne pas compenser la totalité de la puissance réactive des circuits résonants.
La symétrie de la structure des convertisseurs ainsi que l’utilisation des condensateurs reliés en parallèle des transistors autorisent un fonctionnement en mode ZVS et commutations douces sur toute la plage de fonctionnement du système SYS malgré des signaux déphasés.
Par conséquent le rendement énergétique du transfert de puissance entre la source 10 disposé au sol et la batterie 70 du véhicule VEH est amélioré et le spectre électromagnétique rayonné est très diminué.
De plus du fait de la symétrie des convertisseurs, un transfert d’énergie du véhicule VEH vers le dispositif DISP est possible.
Il n’y a pas de dialogue permanent entre le dispositif DISP et le véhicule VEH, ce qui facilite la charge du véhicule VEH roulant où une grande réactivité en dynamique est nécessaire. Selon les modes de mise en œuvre décrits précédemment, seul un échange entre les unités UT40 et UT90 est nécessaire avant le début de la charge ou un échange ponctuel à chaque actualisation de la consigne de puissance est nécessaire.
Avantageusement, dans les quatre premiers modes de mise en œuvre décrits précédemment, le transfert de puissance est régulé selon la demande de puissance du réseau 70. Il n’est pas nécessaire de rajouter un convertisseur de puissance supplémentaire pour réguler la puissance fournie par le convertisseur 50.
Dans les cinquième et sixième modes de mise en œuvre décrits précédemment, le déphasage du premier convertisseur est égal au déphasage du deuxième convertisseur. Par conséquent la tension de sortie du convertisseur 50 varie peu et facilite la réalisation d’un convertisseur de tension continu/continu relié en sortie du convertisseur 50.
Selon un autre mode de réalisation des circuits résonants 30 et 80, le condensateur et l’inductance peuvent être connectés en parallèle ou peuvent comprendre un ou plusieurs condensateurs et inductances reliés entre eux. Il faudra veiller à ce que la structure des circuits résonants 30 et 80 soit identique, c’est-à-dire que dans le cas d’un circuit résonant 30 comprenant un condensateur relié en parallèle à une inductance, le circuit résonant 80 comprend un condensateur relié en parallèle à une inductance.
De plus, la commutation à tension nulle permet de limiter les émissions électromagnétiques.
Selon d’autres modes de réalisation, la source 10 de tension continue comprend une source de tension continue réversible.
Dans ces modes de réalisation, le transfert de puissance électrique peut s’effectuer de manière bidirectionnelle entre la source de tension continue 10 et le réseau de puissance embarqué 70.
Le système SYS peut en outre transférer de la puissance électrique du réseau 70 vers la source 10 comprenant une source de tension continue réversible en régulant le transfert de puissance selon l’un les quatre premiers modes de mise en œuvre décrit précédemment dans lequel l’unité 40 détermine la puissance de charge maximale admissible par la source 10 et élabore la consigne de régulation comprenant une puissance de consigne inférieure ou égale à la puissance maximale admissible par la source 10 ou selon l’un des cinquième et sixième modes de mise en œuvre décrits précédemment dans lequel l’unité UT40 régule le convertisseur 20 de manière que la tension oe aux bornes du premier circuit résonant 30 soit égale à la tension ns aux bornes du second circuit résonant 80 à un facteur multiplicatif près.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de transfert de puissance sans contact entre un dispositif d’alimentation électrique fixe au sol (DISP) comprenant un premier convertisseur (20) de puissance couplé à une source (10) de tension continue et à un premier circuit résonant (30) comprenant un premier condensateur (C30), et un véhicule (VEH) comprenant un deuxième convertisseur (50) de puissance couplé à un réseau (70) de puissance embarqué et relié à un deuxième circuit résonant (80) comprenant un deuxième condensateur (C80), caractérisé en ce que lors d’une étape de transfert de puissance (3, 12, 22, 32, 42, 52) l’on régule un déphasage (φε, (ps) non nul entre le courant et la tension (υε, us) aux bornes de l’un des circuits résonants et en ce que l’on régule la fréquence de commutation des cellules de commutation de l’autre convertisseur de puissance de manière à suivre une consigne de régulation.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les premier et deuxième convertisseurs de puissance comprennent des cellules de commutation (CEL21, CEL22, CEL23, CEL24, CEL51, CEL52, CEL53, CEL 54) comprenant chacune un transistor (T21, T22, T23, T24, T51, T52, T53, T54) commutant à tension nulle à une fréquence déterminée (F20).
  3. 3. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel les premier et deuxième convertisseurs sont réversibles et aptes à transférer la puissance électrique depuis la source (10) de tension continue vers le réseau de puissance embarqué ou depuis ledit réseau de puissance embarqué vers ladite source de tension continue.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel pendant l’étape de transfert de puissance (3), on régule la fréquence de commutation du premier convertisseur (20) de puissance à une fréquence (F20) fixe et on régule le déphasage (cps) du deuxième convertisseur (50) de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne (Pcons70).
  5. 5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel pendant l’étape de transfert de puissance (12), on régule le déphasage (çe) du premier convertisseur (20) de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs (C30, C80) soit inférieure à leur valeur de seuil et on régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne (Pcons70).
  6. 6. Procédé selon la revendication 3, dans lequel pendant l’étape de transfert de puissance (22), on régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur (50) de puissance à une fréquence (F20) fixe et on régule le déphasage (çe) du premier convertisseur (20) de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne (Pcons70).
  7. 7. Procédé selon la revendication 3, dans lequel pendant l’étape de transfert de puissance (32), on régule le déphasage (cps) du deuxième convertisseur (50) de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs (C30, C80) soit inférieure à leur valeur de seuil et on régule la fréquence de commutation du premier convertisseur (20) de puissance de sorte que la puissance transmise soit égale à la puissance de consigne (Pcons70).
  8. 8. Procédé selon la revendication 3, dans lequel pendant l’étape de transfert de puissance (42), on régule la fréquence de commutation du premier convertisseur (20) de puissance à une fréquence (F20) fixe et on régule le déphasage (cps) du deuxième convertisseur (50) de puissance de sorte à suivre la consigne de régulation imposant que la tension (ns) aux bornes du deuxième circuit résonant (80) soit égale à la tension (de) aux bornes du premier circuit résonant (30) à un facteur multiplicatif (Ml) près.
  9. 9. Procédé selon la revendication 3, dans lequel pendant l’étape de transfert de puissance (52), on régule le déphasage (φε) du premier convertisseur (20) de puissance à une valeur fixe de sorte que la tension aux bornes de chacun des condensateurs (C30, C80) soit inférieure à leur valeur de seuil et on régule la fréquence de commutation du deuxième convertisseur (50) de puissance de sorte à suivre la consigne de régulation imposant que la tension (us) aux bornes du second circuit résonant (80) soit égale à la tension (ue) aux bornes du premier circuit résonant (30) à un facteur multiplicatif (Ml) près.
  10. 10. Système de transfert de puissance sans contact entre un dispositif d’alimentation électrique fixe au sol (DISP) comprenant un premier convertisseur (20) destiné à être couplé à une source de tension continue (10) et alimentant un premier circuit résonant (30) comprenant au moins une bobine primaire (L30), et un véhicule (VEH) comprenant un deuxième convertisseur (50) destiné à être couplé au réseau (70) de puissance embarqué et relié à un deuxième circuit résonant (80) comprenant au moins une bobine secondaire (L80), ledit système étant apte à transférer une puissance électrique par induction entre les deux bobines formant un coupleur magnétique et comprenant une première unité de traitement (UT40) apte à piloter les cellules de commutation (CEL21, CEL22, CEL23, CEL24) de la première alimentation (20) et une deuxième unité de traitement (UT90) apte à piloter les cellules de commutation (CEL51, CEL52, CEL53, CEL 54) de la deuxième alimentation (50), caractérisé en ce que chaque unité de traitement est configurée pour réguler un déphasage (φε, (ps) non nul entre le courant et la tension aux bornes de l’un des circuits résonants et réguler la fréquence de commutation des cellules de commutation du convertisseur de puissance alimentant le circuit résonant de manière à suivre une consigne de régulation.
  11. 11. Système selon la revendication 10, dans lequel chaque cellule de commutation (CEL21, CEL22, CEL23, CEL24, CEL51, CEL52, CEL53, CEL 54) comprend un transistor (T21, T22, T23, T24, T51, T52, T53, T54) et un condensateur (C21, C22, C23, C24, C51, C52, C53, C54) dont une première borne est reliée à la source du transistor et une deuxième borne est reliée au drain du transistor.
  12. 12. Système selon l’une des revendications 10 à 11, dans lequel les premier et deuxième convertisseurs ont une structure symétrique par rapport à un axe médian (M) séparant les bobines primaire et secondaire bobines (L30, L80) du coupleur magnétique.
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