FR3147748A1 - Système électrique d’alimentation pour véhicule - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un procédé de gestion de la puissance réactive consommée par un chargeur embarqué (31) pour véhicule automobile, ledit véhicule comprenant au moins une batterie (20), ledit chargeur embarqué (31) étant d’une part connecté à la batterie (20) et d’autre part destiné à être connecté à un réseau d’alimentation externe (40) au véhicule, ledit chargeur embarqué (31) étant caractérisé par une valeur de seuil maximal prédéfini de puissance apparente, ledit réseau d’alimentation externe (40) étant apte à fournir une tension électrique, ledit chargeur embarqué (31) étant configuré pour : consommer une puissance dite « apparente », à partir de la tension fournie par le réseau externe (40), afin de recharger la batterie (20),fournir une puissance dite « réactive » au réseau externe (40). Figure pour l’abrégé : Fig 1

Description

Système électrique d’alimentation pour véhicule
L’invention concerne le domaine des véhicules hybrides ou électriques, et plus précisément un procédé de gestion de la puissance consommée par un chargeur embarqué de véhicule automobile.
De manière connue, un véhicule électrique ou hybride comprend un moteur électrique et au moins une batterie permettant d’alimenter en énergie électrique les différents équipements électriques du véhicule et notamment le moteur électrique.
Afin de recharger les batteries du véhicule, il est connu de connecter électriquement les batteries à une borne de recharge externe au véhicule. La borne de recharge est reliée à un réseau d’alimentation électrique et est donc apte à fournir une tension d’alimentation alternative. Ce type de borne de recharge est connu de l’homme du métier par l’appellation « EVSE » pour « Electrical Vehicle Supply Equipement » en langue anglaise.
Le véhicule comprend également un convertisseur de tension alternatif-continu connecté d’une part aux batteries et destiné à être connecté d’autre part à la borne de recharge, afin de convertir la tension d’alimentation alternative fournie par la borne de recharge en une tension continue apte à recharger les batteries.
Une unité de contrôle permet de commander la puissance fournie par la borne de recharge, et donc par le réseau, à chaque batterie. L’unité de contrôle reçoit notamment une première consigne correspondant à la puissance active de chaque batterie, la puissance active définissant la puissance consommée par une batterie sur le réseau d’alimentation externe.
De plus, il est également possible qu’une requête de puissance dite « réactive » soit émise au chargeur embarqué, afin que le chargeur fournisse également une puissance réactive dans le réseau externe, afin de redresser le facteur de puissance du réseau. Ainsi, de cette façon, le chargeur embarqué permet de compenser, autrement dit de corriger, le déphasage entre la tension et le courant dans le réseau externe d’alimentation, en fournissant une partie de sa puissance dans ce réseau.
Cependant, lorsque la « puissante apparente », définie par la racine de la somme des carrés de la puissance active et de la puissance réactive, consommée par le chargeur embarqué est élevée, cela peut créer une surcharge d’énergie électrique convertie par le chargeur embarqué, et donc des échauffements pouvant détériorer les différents composants électriques de puissance du chargeur.
Afin de détecter une surconsommation d’énergie, il est connu de mesurer régulièrement la valeur du courant actif fourni par le chargeur embarqué à la batterie et la valeur du courant réactif fourni par le chargeur embarqué au réseau externe. La somme des courants ainsi mesurés est ensuite comparée à un seuil maximal. Il faut donc intégrer dans le calculateur des fonctions configurées pour commander le chargeur et pour vérifier son bon fonctionnement et des fonctions et dispositifs complexes permettant de déterminer le phasage entre le courant et la tension.
Il existe donc le besoin d’une solution permettant de pallier, au moins en partie, les inconvénients décrits précédemment.
A cette fin, l’invention concerne un procédé de gestion de la puissance réactive consommée par un chargeur embarqué pour véhicule automobile, ledit véhicule comprenant au moins une batterie, ledit chargeur embarqué étant d’une part connecté à la batterie et d’autre part destiné à être connecté à un réseau d’alimentation externe au véhicule, ledit chargeur embarqué étant caractérisé par une valeur de seuil maximal prédéfini de puissance apparente, ledit réseau d’alimentation externe étant apte à fournir une tension électrique, ledit chargeur embarqué étant configuré pour :
  • consommer une puissance dite « apparente », à partir de la tension fournie par le réseau externe, afin de recharger la batterie,
  • fournir une puissance dite « réactive » au réseau externe,
ledit véhicule comprenant une unité de contrôle apte à mettre en œuvre le procédé, le procédé comprenant les étapes consistant à :
  1. déterminer la valeur de la puissance apparente consommée par le chargeur embarqué,
  2. déterminer la valeur de la puissance réactive maximale pouvant être fournie au réseau d’alimentation externe de sorte que la puissance apparente soit inférieure ou égale à la valeur du seuil de puissance apparente maximal,
  3. commander la puissance réactive fournie par le chargeur embarqué au réseau d’alimentation externe, de sorte que ladite puissance réactive soit inférieure ou égale à la puissance réactive maximale déterminée.
La puissance apparente maximale a été prédéterminée en fonction des caractéristiques physiques et techniques du chargeur embarqué, et notamment du correcteur de facteur de puissance et son design hardware, autrement dit sa structure, et en fonction des limitations de la borne de recharge.
Le procédé ainsi mis en œuvre présente les avantages de n’étudier que la puissance apparente, afin de commander la puissance réactive. Il n’est donc pas nécessaire de connaitre et mesurer la puissance active et la puissance réactive et donc il n’est pas non plus nécessaire de mesurer le déphasage entre la tension efficace URMS et le courant efficace IRMS entre le réseau électrique et le chargeur embarqué.
De préférence, l’étape de commande de la puissance réactive comprend les sous-étapes consistant à, lorsque l’unité de contrôle reçoit une requête en puissance réactive à fournir par le chargeur embarqué :
  1. émettre une commande de puissance réactive au chargeur embarqué, égale à la puissance réactive maximale, si la valeur de la requête en puissance réactive est supérieure à la puissance réactive maximale,
  2. émettre une commande de puissance réactive au chargeur embarqué, égale à la valeur de puissance de la requête reçue, si la valeur de la requête en puissance réactive est inférieure à la puissance réactive maximale.
Ainsi, de cette façon, la puissance réactive maximale n’est jamais dépassée, la puissance apparente maximale non plus. En effet, la puissance apparente est proportionnelle à la puissance réactive.
De préférence encore, l’étape de détermination de la valeur de la puissance apparente correspond à la multiplication de la valeur de la tension URMSet la valeur du courant IRMSentre le réseau électrique et le chargeur embarqué. Ces valeurs sont des valeurs simples à mesurer. De plus, de manière usuelle, des capteurs de tension URMSet de courant IRMSentre le réseau électrique et le chargeur embarqué sont déjà intégrés au véhicule. Ce procédé permet d’utiliser des capteurs déjà présents dans le véhicule.
L’invention concerne également une unité de contrôle de chargeur embarqué pour véhicule automobile, ledit véhicule comprenant au moins une batterie, ledit chargeur embarqué étant d’une part connecté à la batterie et d’autre part destiné à être connecté à un réseau d’alimentation externe au véhicule, ledit chargeur embarqué étant caractérisé par une valeur de seuil maximal prédéfini de puissance apparente, ledit réseau d’alimentation externe étant apte à fournir une tension électrique, ledit chargeur embarqué étant configuré pour :
  • consommer une puissance dite « apparente » à partir de la tension fournie par le réseau externe, afin de recharger la batterie,
  • fournir une puissance dite « réactive » au réseau externe,
l’unité de contrôle étant configurée pour mettre en œuvre le procédé tel que présenté précédemment.
L’invention concerne également un système d’alimentation pour un véhicule automobile comprenant au moins une batterie, ledit système comprenant un chargeur embarqué et une unité de contrôle telle que présentée précédemment, le chargeur embarqué étant d’une part connecté à la batterie et d’autre part destiné à être connecté à un réseau d’alimentation externe au véhicule, ledit chargeur embarqué étant caractérisé par une valeur de seuil maximal de puissance apparente prédéfini, ledit chargeur embarqué étant configuré pour :
  1. consommer une puissance dite « apparente » à partir de la tension fournie par le réseau externe, afin de recharger la batterie,
  2. fournir une puissance dite « réactive » au réseau externe.
L’invention concerne enfin un véhicule automobile comprenant un système d’alimentation électrique tel que décrit précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La est une représentation schématique du système d’alimentation selon l’invention.
La est une représentation du procédé de gestion de la puissance fournie par un chargeur de système d’alimentation selon la .
Véhicule
Le véhicule hybride ou électrique comprend un moteur électrique 10, une batterie 20 et un système d’alimentation 30.
Batterie 20
La batterie 20 permet d’alimenter le moteur électrique 10 en énergie électrique.
S ystème d’alimentation 30
Plus précisément, le système d’alimentation 30 comprend un chargeur embarqué 31 et une unité de contrôle 32. Le système d’alimentation 30 peut également comprendre un régulateur.
Le chargeur embarqué 31, plus communément appelé « OBC » pour « on board charger » par l’homme du métier, est connecté à la batterie 20.
De manière usuelle, le chargeur embarqué 31 comprend un correcteur de facteur de puissance, communément appelé « PFC », pour « Power Factor Corrector » en langue anglaise, et une capacité de liaison, communément appelée « DCLink » par l’homme du métier. Le correcteur de facteur de puissance permet de convertir une tension alternative en tension continue et la capacité de liaison permet de supprimer des oscillations résiduelles d’une tension continue issue de la conversion d’une tension alternative en tension continue.
Plus précisément encore, le chargeur embarqué 31 est également destiné à être connecté à une borne de recharge externe au véhicule. Ladite borne de recharge est reliée à un réseau externe 40 d’alimentation en énergie électrique. De cette façon, le chargeur embarqué 31 est apte à recharger la batterie 20 à partir de la tension fournie par le réseau externe 40. Notamment, il est défini par « puissance active », la puissance prélevée par le chargeur embarqué 31 afin de recharger la batterie 20. La puissance active correspond donc à la puissance transmise du réseau externe 40 à la batterie 20, via le chargeur embarqué 31.
De plus, le chargeur embarqué 31 peut également permettre de compenser le facteur de puissance du réseau externe 40. Pour cela, il est émis au chargeur embarqué 31 une requête en puissance dite « réactive » Preactà fournir au réseau externe 40. Autrement dit, le chargeur embarqué 31 permet de compenser, autrement dit le corriger, le déphasage entre la tension et le courant dans le réseau externe 40 d’alimentation, en fournissant une puissance réactive Preactdans ledit réseau 40.
Le chargeur embarqué 31 est caractérisé par une valeur de seuil maximal de puissance apparente. La puissance apparente maximale Papp_maxa été prédéterminée en fonction des caractéristiques physiques et techniques du chargeur embarqué 31, et notamment du correcteur de facteur de puissance et de la capacité de liaison, et en fonction des limitations de la borne de recharge. La puissance apparente maximale Papp_maxreprésente par exemple la limite maximale de puissance que peut fournir le chargeur embarqué 31 sans risquer qu’un de ses composants ne se détériore.
Unité de contrôle 3 2
L’unité de contrôle 32 est notamment apte à commander le chargeur embarqué 31. L’unité de contrôle 32 est, entre autres, apte à mesurer ou récupérer, notamment via un capteur, la puissance apparente Pappinstantanée consommée par le chargeur embarqué 31 afin de recharger la batterie 20.
De manière connue, la puissance apparente Pappse définit de la manière suivante : Papp= √(Pr eact 2 +Pact 2), où Pactcorrespond à la puissance active.
La puissance active Pactest imposée par la batterie 20, donc la seule valeur de puissance modifiable afin de modifier la puissance apparente Pappinstantanée est la puissance réactive Preact.
La puissance apparente peut seulement varier entre la valeur instantanée Pappet la valeur de la puissance apparente maximale Papp_maxprédéfinie. Autrement dit, la différence entre la valeur de la puissance apparente maximale Papp_maxet la valeur de la puissance apparente Pappinstantanée déterminée permet d’indiquer le degré de liberté quant à la variation possible pour la valeur de la puissance apparente et donc quant à la variation possible pour la valeur de puissance réactive Preact.
Ainsi, l’unité de contrôle 32 est configurée pour déterminer la puissance réactive maximale Preact_max pouvant être fournie par le chargeur embarqué 31, en fonction de la puissance apparente maximale Papp_max et de la puissance apparente Pappinstantanée.
D’autre part, l’unité de contrôle 32 est également configurée pour déterminer la valeur de la puissance réactive Preactà fournir par la chargeur embarqué 31, de sorte que ladite valeur de puissance Preactsoit inférieure à la valeur de la puissance réactive maximale Preact_maxet est configurée pour commander le chargeur embarqué 31 pour que ce dernier fournisse la puissance réactive Preactdéterminée.
Plus précisément, lorsque le chargeur embarqué 31 est connecté à un réseau externe 40, l’unité de contrôle 32 peut être amenée à recevoir une requête Pr, autrement dit une consigne en puissance réactive à fournir par le chargeur embarqué 31 au réseau externe 40.
Dans un premier cas, si la valeur de requête Pr en puissance réactive reçue est supérieure à la valeur de la puissance réactive maximale Preact_max, alors l’unité de contrôle 32 est configurée pour émettre une requête en puissance réactive au chargeur embarqué 31, dont la valeur est égale à la puissance réactive maximale Preact_max.
Dans un deuxième cas, si la valeur de requête Pr en puissance réactive reçue est inférieure à la valeur de la puissance réactive maximale Preact_max, alors l’unité de contrôle 32 est configurée pour émettre une requête en puissance réactive au chargeur embarqué 31, dont la valeur est égale à la valeur de la requête Pr en puissance réactive reçue.
Les actions concernant la commande de la puissance réactive maximale Preact_max réalisées par l’unité de contrôle 32 peuvent également être réalisées par un régulateur, également appelé « correcteur proportionnel intégral », configuré pour commander la puissance réactive Pr eact.
La fonction de transfert C(p) du régulateur correspond à la fonction suivante :
avec K : gain proportionnel et Ti : gain intégrateur.
Procédé
En référence à la , il est représenté un mode de réalisation du procédé de gestion de la puissance fournie par un chargeur embarqué 31 d’un système d’alimentation 30 tel que présenté précédemment. Le procédé est mis en œuvre par l’unité de contrôle 32.
Pour rappel, le chargeur embarqué 31 est caractérisé par une valeur de seuil maximal de puissance apparente Papp_ max.
Le procédé comprend une étape de détermination E1 de la valeur de la puissance apparente Pappconsommée par le chargeur embarqué 31 sur le réseau électrique 40. Pour cela, l’unité de contrôle 32 calcule ou mesure ou reçoit la valeur de la tension efficace URMSet du courant efficace IRMSentre le réseau électrique 40 et le chargeur embarqué 31.
Le terme RMS signifie « Root Mean Square value » en langue anglaise et désigne le carré de la valeur moyenne d’un signal alternatif. La valeur de la puissance apparente Pappest déterminée en multipliant la valeur de la tension URMSet la valeur du courant IRMS.
Ainsi, cela présente l’avantage que la détermination de la puissance apparente Pappne nécessite pas de mesurer le déphasage entre la valeur du courant efficace IRMSet la valeur de la tension efficace URMS.
Le procédé comprend ensuite une étape de détermination E2 de la puissance réactive maximale Pr eact _maxpouvant être fournie par le réseau électrique 40. Autrement dit, l’unité de contrôle 32 ou le régulateur détermine quelle puissance réactive maximale Pre a ct _maxpeut être fournie au réseau électrique 40 pour que la puissance apparente Pappsoit inférieure ou égale à la puissance apparente maximal Papp_max.
Lorsque l’unité de contrôle 32 reçoit une requête Prde puissance réactive destinée au chargeur embarqué 31, le procédé comprend également une étape de commande E3 du chargeur embarqué 31.
Si la valeur de la requête Prde puissance réactive est supérieure à la valeur de la puissance réactive maximale Preact_max, alors l’unité de contrôle 32 émet une commande de puissance réactive au chargeur embarqué 31, égale à la puissance réactive maximale Preact _max.
Si la valeur de la requête Prde puissance est inférieure à la puissance réactive maximale Preact_max, alors l’unité de contrôle 32 émet une commande de puissance réactive au chargeur embarqué 31, égale à la valeur de puissance de la requête Prreçue.
Autrement dit, l’étape de commande E3 permet de limiter la commande de puissance réactive émise au chargeur embarqué 31 de sorte que cette valeur de puissance soit inférieure à la puissance réactive maximale Preact_max.
La puissance apparente Papp, autrement dit, la racine carrée de la somme des carrés de la puissance active et de la puissance réactive, générée par le chargeur embarqué, respecte la valeur du seuil maximal de puissance apparente Papp_max. Cela permet d’éviter tout échauffement ou surconsommation par le chargeur embarqué 31. Autrement dit, cela permet d’éviter une dégradation des composants électriques due à une demande en puissance apparente, supérieure au seuil maximal de puissance apparente Papp_max.
De plus, cela permet de définir la puissance réactive Preactqui peut être fournie par le chargeur embarqué 31 en fonction de la puissance apparente Pappconsommée par le chargeur embarqué 31. Autrement dit, la puissance active Pactconsommée par le chargeur embarqué 31 est prioritairement émise pour recharger la batterie 20, et non au réseau externe 40. La puissance réactive Preactn’est pas envoyée au réseau 40 au détriment de la recharge de la batterie 20.
Enfin, cela permet également d’empêcher et d’anticiper le dépassement du seuil maximal de puissance apparente Papp_max avant que cela ne se produise.

Claims (6)

  1. Procédé de gestion de la puissance réactive consommée par un chargeur embarqué (31) pour véhicule automobile, ledit véhicule comprenant au moins une batterie (20), ledit chargeur embarqué (31) étant d’une part connecté à la batterie (20) et d’autre part destiné à être connecté à un réseau d’alimentation externe (40) au véhicule, ledit chargeur embarqué (31) étant caractérisé par une valeur de seuil maximal (Papp_max) prédéfini de puissance apparente, ledit réseau d’alimentation externe (40) étant apte à fournir une tension électrique, ledit chargeur embarqué (31) étant configuré pour :
    • consommer une puissance dite « apparente » (Papp), à partir de la tension fournie par le réseau externe (40), afin de recharger la batterie (20),
    • fournir une puissance dite « réactive » (Preact) au réseau externe (40),
    ledit véhicule comprenant une unité de contrôle (32) apte à mettre en œuvre le procédé, le procédé comprenant les étapes consistant à :
    1. déterminer la valeur de la puissance apparente (Papp) consommée par le chargeur embarqué (31),
    2. déterminer la valeur de la puissance réactive maximale (Preact_max) pouvant être fournie au réseau d’alimentation externe (40) de sorte que la puissance apparente (Papp) soit inférieure ou égale à la valeur du seuil de puissance apparente maximal (Papp_max),
    3. commander la puissance réactive (Preact) fournie par le chargeur embarqué (31) au réseau d’alimentation externe (40), de sorte que ladite puissance réactive (Preact) soit inférieure ou égale à la puissance réactive maximale (Preact_max) déterminée.
  2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, l’étape de commande de la puissance réactive comprend les sous-étapes consistant à, lorsque l’unité de contrôle (32) reçoit une requête (Pr) en puissance réactive à fournir par le chargeur embarqué (31) :
    1. émettre une commande de puissance réactive au chargeur embarqué (31), égale à la puissance réactive maximale (Preact_max), si la valeur de la requête (Pr) en puissance réactive est supérieure à la puissance réactive maximale (Preact_max),
    2. émettre une commande de puissance réactive au chargeur embarqué (31), égale à la valeur de puissance de la requête (Pr) reçue, si valeur de la requête (Pr) en puissance réactive est inférieure à la puissance réactive maximale (Preact_max).
  3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de détermination de la valeur de la puissance apparente (Papp) correspond à la multiplication de la valeur de la tension URMSet la valeur du courant IRMSentre le réseau électrique (40) et le chargeur embarqué (31).
  4. Unité de contrôle de chargeur embarqué (31) pour véhicule automobile, ledit véhicule comprenant au moins une batterie (20), ledit chargeur embarqué (31) étant d’une part connecté à la batterie (20) et d’autre part destiné à être connecté à un réseau d’alimentation externe (40) au véhicule, ledit chargeur embarqué (31) étant caractérisé par une valeur de seuil maximal (Papp_max) prédéfini de puissance apparente, ledit réseau d’alimentation externe (40) étant apte à fournir une tension électrique, ledit chargeur embarqué (31) étant configuré pour :
    1. consommer une puissance dite « apparente » (Papp), à partir de la tension fournie par le réseau externe (40), afin de recharger la batterie (20),
    2. fournir une puissance dite « réactive » (Preact) au réseau externe (40),
    l’unité de contrôle (32) étant configurée pour mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  5. Système d’alimentation (30) pour un véhicule automobile comprenant au moins une batterie, ledit système (30) comprenant un chargeur embarqué (31) et une unité de contrôle (32) selon la revendication précédente, le chargeur embarqué (31) étant d’une part connecté à la batterie (20) et d’autre part destiné à être connecté à un réseau d’alimentation externe (40) au véhicule, ledit chargeur embarqué (31) étant caractérisé par une valeur de seuil maximal (Papp_max) de puissance apparente prédéfini, ledit chargeur embarqué (31) étant configuré pour :
    1. consommer une puissance dite « apparente » (Papp), à partir de la tension fournie par le réseau externe (40), afin de recharger la batterie (20),
    2. fournir une puissance dite « réactive » (Preact) au réseau externe (40).
  6. Véhicule automobile comprenant un système d’alimentation (30) électrique selon la revendication précédente.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20100259229A1 (en) * 2009-04-14 2010-10-14 Ford Global Technologies, Llc Battery charging apparatus
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