WO2023057329A1 - Système électrique pour véhicule automobile - Google Patents

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WO2023057329A1
WO2023057329A1 PCT/EP2022/077273 EP2022077273W WO2023057329A1 WO 2023057329 A1 WO2023057329 A1 WO 2023057329A1 EP 2022077273 W EP2022077273 W EP 2022077273W WO 2023057329 A1 WO2023057329 A1 WO 2023057329A1
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bridge
switch
control signal
voltage
frequency
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Roland D'AUTHIER
Cédric LAURENT
Lionel Dolmaire
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Vitesco Technologies GmbH
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Vitesco Technologies GmbH
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33571—Half-bridge at primary side of an isolation transformer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L2260/16—Temporary overload of electrical drive trains
    • B60L2260/165—Temporary overload of electrical drive trains of converters

Definitions

  • TITLE Motor Vehicle Electrical System
  • the invention relates to the field of electric or hybrid vehicles and more specifically electric systems for electric or hybrid vehicles, comprising an on-board charger and a microcontroller, and the method implemented by said electric system.
  • an electric or hybrid vehicle comprises a battery capable of supplying electrical energy in order to supply electrical equipment, mounted in the vehicle or external to the vehicle, and the electrical machine of the vehicle.
  • the vehicle also includes an on-board charger, better known as OBC for "On Board Charger" in English, connected to the battery.
  • OBC On Board Charger
  • the on-board charger converts the direct voltage supplied by the battery into an alternating voltage in order to supply the electrical equipment to which it is connected.
  • the on-board charger can also be connected to an electrical supply network and in this case makes it possible to convert the alternating voltage supplied by the network into direct voltage in order to recharge the battery.
  • an on-board charger comprises a power factor corrector circuit, known under the name "PFC” for "Power Factor Corrector” in English, a direct-direct current converter, a connecting capacitor connected in parallel between the power factor correction circuit and the current converter and a microcontroller capable of controlling the power factor correction circuit.
  • PFC power factor corrector circuit
  • PFC Power Factor Corrector
  • the power factor corrector when the battery is charging, is the element of the on-board charger capable of converting an alternating voltage, supplied by an electrical network external to the vehicle, into a direct voltage defined between 400 and 800 V
  • the link capacitance makes it possible to suppress the residual oscillations of the DC voltage supplied by the power factor correction circuit.
  • the DC-DC converter is then capable of converting the DC voltage smoothed by the capacitor, into another DC voltage value, between 200 and 400 V approximately capable of charging the battery.
  • the microcontroller is in particular capable of controlling the power factor correction circuit.
  • the microcontroller controls the corrector circuit in order to define the value of the DC voltage supplied by the corrector circuit and defined between 400 and 800 V according to the state of charge of the battery.
  • connection capacitor must be adapted to withstand high voltages ranging from 400 to 800 V.
  • the more the capacitor is adapted to withstand high voltages the more expensive and cumbersome it is.
  • the various electronic components of the power factor correction circuit and of the DC-DC converter must also be adapted to withstand voltages of up to 800 V, so as not to be damaged.
  • the invention relates to an electrical system for a motor vehicle, the vehicle comprising at least one supply battery, the electrical system comprising an electric charger, intended to be connected on the one hand to said battery and to on the other hand to an electrical network external to the vehicle supplying an alternating voltage or to electrical equipment, and a microcontroller, the charger being able to charge the battery from an external electrical network or to allow the battery to supply said equipment, the charger comprising a: a. a power factor correction circuit, capable of converting an alternating voltage into a direct voltage and vice versa, b.
  • a DC-DC voltage converter connected between the power factor corrector circuit and the battery and capable of converting a DC voltage into another DC voltage
  • said DC-DC voltage converter comprising a first H bridge, and a second H-bridge, each H-bridge comprising four switches, a first switch being connected between a high point and a midpoint, a second switch being linked between the midpoint and a low point, a third switch being linked between the high point and a second midpoint and a fourth switch being linked between the second midpoint and the low point
  • the voltage converter also comprising a transformer electrically connecting the first H-bridge and the second H-bridge, each H-bridge being capable of operating according to: i.
  • the microcontroller is configured to: a.
  • a first range of frequencies defines the set of frequencies of the control signal for which the first bridge or the second bridge operates according to the first operating mode and a second range of frequencies defines the set of frequencies of the control signal for which the first bridge or the second bridge operates according to the second operating mode, b. activate the second operating mode of the first bridge or the second bridge by transmitting: i. an open command signal to the third switch, ii.
  • a close command signal to the fourth switch iii. a control signal to the first switch and to the second switch for a predetermined duration, the frequency of each control signal being equal to the maximum value of the second range of frequencies, over a predetermined duration
  • the power variation function is ensured by the converter controlled by the microcontroller.
  • the fact of imposing, for a predetermined period of time, the frequency of the control signal at the highest frequency of the first or second range of frequencies, then of applying the reference frequency allows the DC-DC voltage converter to reach the desired frequency more quickly. This therefore allows the DC-DC voltage converter to be more responsive to rapid variations in power demands and avoids large variations in the voltage of the link capacitor. In this way, this protects the electronic components of the on-board charger from overvoltage and overheating problems in said on-board charger.
  • the on-board charger comprises a connection capacitor connected in parallel between the power factor corrector circuit and the DC-DC voltage converter, able to attenuate the residual oscillations of the voltage supplied between the factor corrector circuit power supply and the DC-DC voltage converter,
  • connection capacitor does not vary or varies little.
  • the nominal voltage of the connection capacitor is chosen to be relatively close to and at least slightly higher than the value of the voltage applied to the terminals of said capacitor. In this way, the capacity charges and discharges completely.
  • the DC voltage at the capacitor terminals is approximately 400 V at the capacitor terminals. It is therefore possible to choose a link capacitor with a nominal value slightly greater than 400 V. Capacitors for these nominal values are relatively compact and do not overheat.
  • the converter comprises: To. a transformer comprising a primary winding and a secondary winding, each winding comprising a first terminal and a second terminal, b. a first resonant circuit comprising a resonant capacitance and a coil connected in series, the resonant capacitance of the first resonant circuit being electrically connected to the first midpoint of the first bridge, and the coil of the first resonant circuit being electrically connected to the first terminal of the transformer primary winding, c.
  • a second resonant circuit comprising a resonant capacitor and a coil connected in series, the resonant capacitor of the second resonant circuit being electrically connected to the first midpoint of the second bridge, and the coil of the second resonant circuit being electrically connected to the first terminal of the secondary winding of the transformer.
  • the converter comprises an additional coil, connected in parallel with the primary winding of the transformer.
  • the additional coil can be internal or external to the transformer.
  • the converter corresponds to a CLLLC type resonant DC-DC voltage converter.
  • each switch designates a MOSFET or bipolar transistor.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising at least one battery and at least one electrical system as presented above.
  • the invention also relates to a method for activating an operating mode of the first bridge or of the second bridge of an electronic system converter for a motor vehicle, as presented above, said method being implemented by the microcontroller, when the first operating mode of the first bridge, respectively of the second bridge, is activated, the method comprising the steps: a. detection of a request for activation of the second operating mode of the first bridge, respectively of the second bridge, b. receiving at least one frequency instruction, c. after detection of the request for activation of the second mode of operation and reception of at least one frequency instruction, activation of the second mode of operation of the first bridge, respectively of the second bridge, in which the microcontroller transmits: i. an open command signal to the third switch, ii.
  • a close command signal to the fourth switch iii. a control signal to the first switch and to the second switch for a predetermined duration, the frequency of each control signal being equal to the maximum value of the second range of frequencies, over a predetermined duration, d. applying the frequency received to the control signal transmitted to the first switch and to the second switch of the first bridge, respectively to the second bridge, when the predetermined duration has elapsed.
  • the method comprising the steps: a. detection of a request for activation of the first mode of operation of the first bridge, respectively of the second bridge, b. receiving at least one frequency instruction, c. after detection of the request for activation of the first mode of operation and reception of at least one frequency instruction, activation of the first mode of operation of the first bridge, respectively of the second bridge, in which the microcontroller emits a commands each switch of the first bridge, respectively of the second bridge, the frequency of each control signal emitted being equal to the maximum value of the first range of frequencies over a predetermined duration, d. application of the received frequency to each control signal transmitted to the switches of the first bridge, respectively of the second bridge, when the predetermined duration has elapsed.
  • the invention also relates to a computer program product remarkable in that it comprises a set of program code instructions which, when they are executed by one or more processors, configure the processor or processors to put implement a method as presented previously.
  • FIG. 1 Figure 1 schematically illustrates the electrical system according to the invention
  • Figure 2 shows the electronic circuit of the charger converter of the electrical system according to Figure 1
  • FIG. 3 Figure 3 schematically illustrates the method according to the invention.
  • the vehicle is in particular an electric or hybrid vehicle and comprises in particular an electric machine capable of converting electrical energy into mechanical energy in order to drive the wheels of the vehicle in rotation.
  • the electric machine therefore corresponds to the electric propulsion motor of the vehicle.
  • the vehicle also includes a power supply battery 10 and an electrical system including an on-board charger 20 and a microcontroller 40.
  • the power supply battery 10 is in particular capable of operating in a discharge mode, in which the battery 10 supplies energy to equipment mounted in the vehicle or other equipment external to the vehicles that would be connected to the battery 10 or the electric machine,.
  • Battery 10 is also capable of operating in a charging mode, in which battery 10 is capable of charging from the electrical energy supplied by an electrical network electrically connected to battery 10.
  • the voltage of battery 10 can be defined between 400 V or 800 V.
  • the charger 20 is connected on the one hand to the battery 10 and on the other hand to at least one equipment mounted in the vehicle or external to the vehicle or to an electrical network capable of supplying an alternating voltage.
  • the charger 20 is said to be “bidirectional”. Indeed, when the charger 20 is connected to an electrical network and the battery 10 operates according to the state of charge, the charger 20 is in particular capable of converting the alternating voltage supplied by the electrical network into a direct voltage capable of charging the battery 10. On the other hand, when electrical equipment is connected to the charger 20, the battery 10 operates according to the state of discharge, the charger 20 is capable of converting the direct voltage supplied by the battery 10 into an alternating voltage capable of power the equipment.
  • the charger 20 comprises a power factor correction circuit 21, a DC-DC voltage converter 22 and a link capacitor C20.
  • Converter 22 is electrically connected to corrector circuit 21 via a wired link.
  • link capacitor C20 is connected in shunt to the wired link connecting corrector circuit 21 and converter 22.
  • the converter 22 is adapted to be electrically connected to the battery 10 and the power factor corrector circuit 21 is adapted to be electrically connected to equipment of the vehicle or external to the vehicle or to an electrical network.
  • the power factor corrector circuit 21 is capable of converting an alternating voltage VAC into a direct voltage VDC2I and vice versa.
  • the DC-DC voltage converter 22 is capable of converting a DC voltage VDC22 into another DC voltage V10.
  • the conversion ratio between voltage VDC22 and the DC voltage V is variable and in particular defined by a value lying over an interval defined between 0.4 and 1.3.
  • connection capacitor C20 is capable of attenuating the residual oscillations of the DC voltage supplied between the power factor corrector circuit 21 and the converter 22 of DC-DC voltage.
  • the corrector circuit 21 when the battery 10 operates in charge mode, the corrector circuit 21 is connected to an electrical network.
  • the corrector circuit 21 converts the AC voltage supplied by the electrical network into a DC voltage VDC2I defined substantially at 400 V.
  • the DC voltage VDC2I has an AC part, in other words the DC voltage VDC2I has residual oscillations, for example at plus or minus 30 V.
  • the connection capacitor C20 enables the residual oscillations of the DC voltage VDC2I to be suppressed.
  • the converter 22 converts the DC voltage VDC22 without residual oscillations into a DC voltage V10 suitable for recharging the battery 10, for example a DC voltage between 220 V and 465 V.
  • the corrector circuit 21 is connected to electronic equipment to be powered.
  • the converter 22 converts the DC voltage V10 supplied by the battery 10 into another DC voltage VDC22 for example approximately equal to 400 V.
  • the DC voltage VDC22 supplied by the converter 22 has an AC part, in other words the DC voltage VDC22 has oscillations residual voltages, for example at plus or minus 30 V.
  • the connection capacitor C20 makes it possible to suppress the residual oscillations of the DC voltage VDC22.
  • the corrector circuit 21 converts the direct voltage VDC2I without residual oscillations defined substantially at 400 V into an alternating voltage capable of supplying electrical energy to the equipment connected to said corrector circuit 21.
  • the value of the maximum DC voltage applied to the terminals of the connection capacitor C20 is substantially equal to or close to 400 V.
  • the nominal voltage of the connection capacitor C20 is chosen according to this DC voltage constraint.
  • the connection capacitor C20 has a nominal voltage at least greater than the maximum DC voltage applied to it.
  • the connection capacitor C20 has a nominal voltage slightly higher than the maximum DC voltage applied to it.
  • the detailed electronic structure of the converter 22 will now be presented.
  • the converter 22 corresponds to a resonant DC-DC voltage converter CLLC or CLLCC.
  • the converter 22 corresponds to a CLLC resonant DC-DC voltage converter and comprises a transformer Tr, a first H bridge, designated H1 in Figure 2, a second H bridge, designated H2, in FIG. 2, a first resonant circuit CR1 and a second resonant circuit CR2.
  • the transformer Tr comprises a primary winding and a secondary winding, each winding comprising a first terminal and a second terminal.
  • Each bridge H1, H2 comprises four switches, a first switch T1 being connected between a high point PH and a midpoint PM1, a second switch T2 being connected between the midpoint PM1 and a low point PB, a third switch T3 being connected between the high point PH and a second midpoint PM2 and a fourth switch T4 being connected between the second midpoint PM2 and the low point PB.
  • the switches T1, T2, T3, T4 can designate any type of switch, and in particular MOSFET or bipolar transistors.
  • the first resonant circuit CR1 comprises a resonant capacitor C1 and a coil L1 connected in series.
  • the second resonant circuit CR2 comprises a resonant capacitor C2 and a coil L2 connected in series.
  • the resonant capacitor C1 of the first resonant circuit CR1 is electrically connected to the first midpoint PM1 of the first bridge H 1 , and the coil L1 of the first resonant circuit CR1 is electrically connected to the first terminal of the primary winding of the transformer Tr .
  • the second terminal of the primary winding of the transformer Tr is electrically connected to the second midpoint PM2 of the first bridge H1.
  • the resonant capacitor C2 of the second resonant circuit CR2 is electrically connected to the first midpoint PM1 of the second bridge H2, and the coil L2 of the second resonant circuit CR2 is electrically connected to the first terminal of the secondary winding of the transformer Tr.
  • the second terminal of the secondary winding of the transformer Tr is electrically connected to the second midpoint PM2 of the second bridge H2.
  • the transformer T r is capable of supplying an output voltage between the terminals of the secondary winding equal to the voltage applied between the terminals of the first winding. This ratio of 1 between the output voltage and the voltage applied between the terminals of the first winding can be modified.
  • the converter 22 also includes an additional coil (not shown in the figures) in parallel with the primary winding of the transformer Tr.
  • the additional coil may be internal or external to the transformer Tr.
  • the converter 22 corresponds to a CLLLC-type resonant DC-DC voltage converter.
  • the first bridge H1 is also capable of operating according to a first mode of operation in which the first switch T1 and the fourth switch T4 are opened and closed simultaneously. Moreover, in the first operating mode, the second switch T2 and the third switch T3 are opened and closed simultaneously unlike the first switch T1 and the fourth switch T4.
  • the first mode of operation is known to those skilled in the art by the name “Full-Bridge”.
  • the first bridge H1 is capable of operating according to a second mode of operation, in which the fourth switch T4 is always closed, the third switch T3 is always open, and the first switch T 1 and the second switch T2 are open alternately.
  • the second mode of operation is known to those skilled in the art by the name “Half-Bridge”.
  • the second mode of operation makes it possible in particular to reduce the voltage gain of the converter 22 with respect to the voltage gain of the converter 22 when it operates according to the first mode of operation.
  • the microcontroller 40 is connected to the charger 20.
  • the microcontroller 40 comprises a regulator 30 and more precisely a PID regulator, for “proportional, integral, derivative”.
  • the regulator 30 is capable of obtaining the value of the DC voltage V measured between the converter 22 and the battery 10.
  • the regulator 30 is able to obtain the value of the voltage VAC measured between the corrector circuit 21 and the electrical equipment (or the electrical network) connected to said corrector circuit 21.
  • the regulator 30 is also capable of receiving the voltage setpoint to be applied between the converter 22 and the battery 10 and/or the voltage setpoint to be applied between the corrector circuit 21 and the electrical equipment connected to said corrector circuit 21.
  • the regulator 30 is capable of determining whether each measured value corresponds to the received voltage setpoint to be applied.
  • the regulator 30 is configured to issue at least one instruction to the microcontroller 40 in order to modify the conversion ratio of the converter 22, so that each value measured corresponds to the corresponding setpoint.
  • the instruction sent by the regulator 30 notably comprises a command frequency value.
  • the regulator 30 is also capable of measuring the current at the terminals of the battery 10.
  • the microcontroller 40 is able to periodically receive the value of the current at the terminals of the battery 10 measured by the regulator 30.
  • the microcontroller 40 is capable of controlling the converter 22. More specifically, the microcontroller 40 is capable of controlling the opening and closing of each switch T1, T2, T3, T4 of the first bridge H1 and of the second bridge H2. Thus, the microcontroller 40 is able to control the activation and deactivation of the first mode of operation and the activation and deactivation of the second mode of operation of the first bridge H1 and of the second bridge H2.
  • the microcontroller 30 controls the first bridge H1. Conversely, when the battery 10 operates according to the discharge mode, the microcontroller 40 controls the second bridge H2.
  • the microcontroller 40 is capable of controlling the opening and closing of each switch T1, T2, T3, T4 of the first bridge H1 and of the second bridge H2, in particular by the method of frequency modulation.
  • the microcontroller 40 sends a control signal to each switch T1, T2, T3, T4.
  • Each control signal is defined by a periodic square wave signal, the ratio of which cyclic is in particular 50%.
  • the control signal relating to a switch T1, T2, T3, T4 alternates between a so-called “high” state making it possible to control the closing of said switch, and a so-called “low” state making it possible to control the opening of said switch. This can also be the reverse case, the high state can control the opening of said switch and the low state can control the closing of said switch.
  • Each control signal is therefore characterized by a frequency. More precisely, a first range of frequencies defines the set of frequencies of the control signal (and therefore the set of opening and closing frequencies of the switches T1, T2, T3, T4) for which the first bridge H1 or the second bridge H2 operates according to the first mode of operation. Similarly, a second range of frequencies defines all the frequencies of the control signal (and therefore all the opening and closing frequencies of the switches T1, T2, T3, T4) for which the first bridge H1 or the second bridge H2 operates according to the second mode of operation.
  • the microcontroller 40 when the microcontroller 40 activates the first mode of operation, respectively the second mode of operation, of the first bridge H1 or of the second bridge H2, the microcontroller 40 defines the frequency of each control signal emitted to the switches T1, T2, T3, T4 of said bridge by selecting a value from the first, respectively the second, range of frequencies.
  • the microcontroller 40 is able to define and/or modify the frequency of each control signal.
  • the microcontroller 40 is configured to apply the command frequency included in the instruction sent by the regulator 30, to each command signal, in order to modify the conversion ratio of the converter 22.
  • the microcontroller 40 can also control the closing, respectively the opening, constant of a switch T1, T2, T3, T4 by the emission of a closing signal, respectively of opening, to said switch T1, T2, T3, T4.
  • the microcontroller 40 includes a processor capable of implementing a set of instructions enabling these functions to be performed.
  • the method comprises a first phase P1 called “activation of the second mode of operation”.
  • the first phase P1 is described here in the case where the battery 10 operates according to the charging mode and the first bridge H1 operates according to the first operating mode.
  • the first phase P1 firstly comprises a step E1 of detecting a request to change the operating mode of the first bridge H1. More precisely, in the present case, during the detection step E1, the microcontroller 40 receives a request to activate the second mode of operation.
  • the first phase P1 includes a step E2 for determining an instruction, during which the regulator 30 receives the value of the measured voltage Vio and the voltage setpoint between the battery 10 and the converter 22 and compares the voltage Vw measured and the corresponding setpoint. If the measured voltage V does not correspond to the setpoint, the regulator 30 issues a command frequency instruction.
  • the method comprises a step of receiving E3 of at least one command frequency instruction by the microcontroller 40.
  • the first phase P1 then comprises an activation step E4 of the second mode of operation, in which the microcontroller 40 activates the second mode of operation of the first bridge H1.
  • the microcontroller 40 sends an opening signal to the third switch T3 and a closing signal to the fourth switch T4.
  • the microcontroller 40 sends a control signal to the first switch T 1 and to the second switch T2 of the first bridge H1, by defining their frequency so that it is equal to the maximum value of the second range of frequencies over a duration predetermined.
  • the maximum frequency value is set between 20 to 30% higher than the frequency instruction received.
  • the maximum frequency value is 300 kHz.
  • the control signals emitted to the first switch T1 and to the second switch T2 are defined so that the first switch T1 and the second switch T2 open alternately.
  • the predetermined duration corresponds in particular to the discharge time of the capacitor C1 of the first resonant circuit CR1 or of the capacitor C2 of the second resonant circuit CR2.
  • the first phase P1 comprises a step E5 of defining the frequency received as an instruction to the control signal of the first switch T1 and of the second switch T2 of the first bridge H1.
  • the method also includes a second phase P2 called "activation of the first mode of operation".
  • the second phase P2 firstly comprises a step of AND detection of a change in operating mode of the first bridge H1. More specifically, in the present case, during the detection step, the microcontroller 40 receives a request to activate the first mode of operation.
  • the second phase P2 comprises a step E2′ of determining an instruction and a step E3′ of receiving an instruction as described in the first phase PT
  • the second phase P2 then comprises an activation step E4′ of the first mode of operation, in which the microcontroller 30 activates the first mode of operation of the first bridge H1 by transmitting a control signal to each switch T1, T2, T3, T4 of the first bridge H1, and sets the modulation frequency so that it is equal to the maximum value of the first frequency range over a predetermined duration.
  • the control signals are defined so that the first switch T1 and the fourth switch T4 are open and closed simultaneously and so that the second switch T2 and the third switch T3 are open and closed simultaneously contrary to the first switch T1 and the fourth switch T4.
  • the second phase P2 comprises a step E5′ of applying the frequency received as an instruction to the switches T1, T2, T3, T4 of the first bridge H1.
  • the first and the second phase are preferably carried out one after the other in the event of a detected need for a change in the operating mode of the converter 22.
  • the method can also be implemented analogously when the battery 10 operates in the discharge mode.
  • the signal of command will not be issued to the switches T1, T2, T3, T4 of the first bridge H1, but to the switches T1, T2, T3, T4 of the second bridge H2.

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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

L'invention concerne un système électrique pour véhicule automobile, le véhicule comprenant au moins une batterie (10) d'alimentation, le système électrique comprenant un chargeur électrique (20), destiné à être connecté d'une part ladite à batterie (10) et d'autre part à un réseau électrique externe au véhicule fournissant une tension alternative ou à des équipements électriques, et un microcontrôleur (40), le chargeur (20) étant apte à charger la batterie (10) à partir d'un réseau électrique externe ou à permettre à la batterie (10) d'alimenter lesdits équipements, le microcontrôleur (40) est configuré pour : a) commander l'ouverture et la fermeture de chaque interrupteur du premier pont et du deuxième pont du convertisseur (22), b) activer le deuxième mode de fonctionnement du premier pont ou du deuxième pont, c) activer le deuxième mode de fonctionnement du premier pont ou du deuxième pont.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Système électrique pour véhicule automobile
[Domaine technique]
[0001] L’invention concerne le domaine des véhicules électriques ou hybrides et plus précisément des systèmes électriques pour véhicules électriques ou hybrides, comprenant un chargeur embarqué et un microcontrôleur, et le procédé mis en œuvre par ledit système électrique.
[Etat de la technique antérieure]
[0002] De manière connue un véhicule électrique ou hybride comprend une batterie apte à fournir de l’énergie électrique afin d’alimenter des équipements électriques, montés dans le véhicule ou externes au véhicule, et la machine électrique du véhicule.
[0003] Le véhicule comprend également un chargeur embarqué, plus connu sous l’appellation OBC pour « On Board Charger » en langue anglaise, connecté à la batterie. Lorsque le chargeur embarqué est d’autre part connecté à un équipement électrique, il permet de convertir la tension continue fournie par la batterie en une tension alternative afin d’alimenter l’équipement électrique auquel il est connecté. Par ailleurs, le chargeur embarqué peut d’autre part être connecté à un réseau électrique d’alimentation et permet dans ce cas de convertir la tension alternative fournie par le réseau en tension continue afin de recharger la batterie.
[0004] De manière connue, un chargeur embarqué comprend un circuit correcteur de facteur de puissance, connu sous l’appellation « PFC » pour « Power Factor Corrector » en langue anglaise, un convertisseur de courant continu-continu, une capacité de liaison connectée en parallèle entre le circuit correcteur de facteur de puissance et le convertisseur de courant et un microcontrôleur apte à commander le circuit correcteur de facteur de puissance.
[0005] Par exemple, lorsque la batterie charge, le correcteur de facteur de puissance est l’élément du chargeur embarqué apte à convertir une tension alternative, fournie par un réseau électrique externe au véhicule, en une tension continue définie entre 400 et 800 V. La capacité de liaison permet de supprimer les oscillations résiduelles de la tension continue fournie par le circuit correcteur de facteur de puissance. Le convertisseur de courant continu-continu est ensuite apte à convertir la tension continue lissée par la capacité, en une autre valeur de tension continue, comprise entre 200 et 400 V environ apte à charger la batterie. [0006] Le microcontrôleur est notamment apte à commander le circuit correcteur de facteur de puissance. Ainsi, par exemple, le microcontrôleur commande le circuit correcteur afin de définir la valeur de la tension continue fournie par le circuit correcteur et définie entre 400 et 800 V en fonction de l’état de charge de la batterie.
[0007] Ainsi ici, la capacité de liaison doit être adaptée pour supporter des tensions élevées allant de 400 à 800 V. Or, plus la capacité est adaptée pour supporter des tensions élevées, plus elle est coûteuse et encombrante.
[0008] De même, les différents composants électroniques du circuit correcteur de facteur de puissance et du convertisseur de courant continu-continu doivent également être adaptés pour supporter des tensions allant jusqu’à 800 V, pour ne pas être détériorés.
[0009] De plus, lorsque la tension fournie par le convertisseur ou par le circuit correcteur est élevée, notamment au-delà de 600 V, un échauffement se produit dans le chargeur embarqué, pouvant provoquer une perte de rendement de l’ordre de 1 à 3%. Un dispositif de refroidissement doit être ajouté afin de dissiper la chaleur émise et ainsi éviter une détérioration des composants électroniques du chargeur embarqué.
[0010] Une solution est donc nécessaire afin de pallier au moins en partie, ces inconvénients.
[Exposé de l’invention]
[0011] A cette fin, l’invention concerne un système électrique pour véhicule automobile, le véhicule comprenant au moins une batterie d’alimentation, le système électrique comprenant un chargeur électrique, destiné à être connecté d’une part ladite à batterie et d’autre part à un réseau électrique externe au véhicule fournissant une tension alternative ou à des équipements électriques, et un microcontrôleur, le chargeur étant apte à charger la batterie à partir d’un réseau électrique externe ou à permettre à la batterie d’alimenter lesdits équipements, le chargeur comprenant un : a. un circuit correcteur de facteur de puissance, apte à convertir une tension alternative en une tension continue et inversement, b. un convertisseur de tension continu-continu, connecté entre le circuit correcteur de facteur de puissance et la batterie et apte à convertir une tension continue en une autre tension continue, ledit convertisseur de tension continu- continu comprenant un premier pont en H, et un deuxième pont en H, chaque pont en H comprenant quatre interrupteurs, un premier interrupteur étant connecté entre un point haut et un point milieu, un deuxième interrupteur étant relié entre le point milieu et un point bas, un troisième interrupteur étant relié entre le point haut et un deuxième point milieu et un quatrième interrupteur étant relié entre le deuxième point milieu et le point bas, le convertisseur de tension comprenant également un transformateur connectant électriquement le premier pont en H et le deuxième pont en H, chaque pont en H étant apte à fonctionner selon : i. un premier mode de fonctionnement dans lequel le premier interrupteur et le quatrième interrupteur sont ouverts et fermés simultanément, le deuxième interrupteur et le troisième interrupteur sont ouverts et fermés simultanément à l’inverse du premier interrupteur et du quatrième interrupteur, ii. un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le quatrième interrupteur est toujours fermé, le troisième interrupteur est toujours ouvert, et le premier interrupteur et le deuxième interrupteur sont ouverts et fermés alternativement. le microcontrôleur est configuré pour : a. commander l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur du premier pont et du deuxième pont du convertisseur de tension continu-continu par l’émission à chaque interrupteur d’un signal de commande caractérisé par une fréquence, l’état haut du signal de commande permettant de commander la fermeture d’un interrupteur et l’état bas du signal de commande permettant de commander l’ouverture d’un interrupteur, une première plage de fréquences définit l’ensemble des fréquences du signal de commande pour lesquelles le premier pont ou le deuxième pont fonctionne selon le premier mode de fonctionnement et une deuxième plage de fréquences définit l’ensemble des fréquences du signal de commande pour lesquelles le premier pont ou le deuxième pont fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement, b. activer le deuxième mode de fonctionnement du premier pont ou du deuxième pont en émettant : i. un signal de commande d’ouverture au troisième interrupteur, ii. un signal de commande de fermeture au quatrième interrupteur, iii. un signal de commande au premier interrupteur et au deuxième interrupteur pendant une durée prédéterminée, la fréquence de chaque signal de commande étant égale à la valeur maximale de la deuxième plage de fréquences, sur une durée prédéterminée, c. activer le deuxième mode de fonctionnement du premier pont ou du deuxième pont en émettant un signal de commande à chaque interrupteur du premier pont, respectivement du deuxième pont, la fréquence de chaque signal de commande émis étant égale à la valeur maximale de la première plage de fréquences sur une durée prédéterminée.
[0012] Ainsi, avantageusement, la fonction de variation en puissance est assurée par le convertisseur commandé par le microcontrôleur. De plus, suite à un changement de mode de fonctionnement, le fait d’imposer, pendant un laps de temps prédéterminé, la fréquence du signal de commande à la fréquence la plus élevée de la première ou deuxième plage de fréquences, puis d’appliquer la fréquence de consigne, permet au convertisseur de tension continu-continu d’atteindre plus rapidement la fréquence souhaitée. Cela permet donc au convertisseur de tension continu-continu d'être plus réactif aux variations rapides d'appels de puissance et évite de fortes variations de la tension de la capacité de liaison. De cette façon, cela protège les composants électroniques du chargeur embarqué de problèmes de surtensions et de surchauffes dans ledit chargeur embarqué.
[0013] De préférence, le chargeur embarqué comprend une capacité de liaison connectée en parallèle entre le circuit correcteur de facteur de puissance et le convertisseur de tension continu-continu, apte à atténuer les oscillations résiduelles de la tension fournie entre le circuit correcteur de facteur de puissance et le convertisseur de tension continu-continu,
[0014] La tension continue aux bornes de ladite capacité de liaison ne varie pas ou peu. Ainsi, la tension nominale de la capacité de liaison est choisie relativement proche et au moins légèrement supérieure à la valeur de la tension appliquée aux bornes de ladite capacité. De cette façon, la capacité se charge et se décharge complètement. De plus, puisque c’est le convertisseur qui assure la fonction de variation en puissance, la tension continue aux bornes de la capacité est d’environ 400 V aux bornes de la capacité. Il est donc possible de choisir une capacité de liaison de valeur nominale légèrement supérieure à 400 V. Les capacités pour ces valeurs nominales sont relativement peu encombrantes et surchauffent peu.
[0015] De préférence encore, le convertisseur comprend : a. un transformateur comprenant un enroulement primaire et un enroulement secondaire, chaque enroulement comprenant une première borne et une deuxième borne, b. un premier circuit résonant comprenant une capacité résonante et une bobine connectées en série, la capacité résonante du premier circuit résonant étant connectée électriquement au premier point milieu du premier pont, et la bobine du premier circuit résonant étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement primaire du transformateur, c. un deuxième circuit résonant comprenant une capacité résonante et une bobine connectées en série, la capacité résonante du deuxième circuit résonant étant connectée électriquement au premier point milieu du deuxième pont, et la bobine du deuxième circuit résonant étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement secondaire du transformateur.
[0016] De manière avantageuse, le convertisseur comprend une bobine supplémentaire, connectée en parallèle de l’enroulement primaire du transformateur. Notamment, la bobine supplémentaire peut être interne ou externe au transformateur. Lorsque la bobine supplémentaire est externe au transformateur, le convertisseur correspond à un convertisseur de tension continu-continu résonant de type CLLLC.
[0017] Avantageusement, chaque interrupteur désigne un transistor MOSFET ou bipolaire.
[0018] L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant au moins une batterie et au moins un système électrique tel que présenté précédemment.
[0019] L’invention concerne également un procédé d’activation d’un mode de fonctionnement du premier pont ou du deuxième pont d’un convertisseur de système électronique pour véhicule automobile, tel que présenté précédemment, ledit procédé étant mis en œuvre par le microcontrôleur, lorsque le premier mode de fonctionnement du premier pont, respectivement du deuxième pont, est activé, le procédé comprenant les étapes : a. de détection d’une demande d’activation du deuxième mode de fonctionnement du premier pont, respectivement du deuxième pont, b. de réception d’au moins une instruction en fréquence, c. après détection de la demande d’activation du deuxième mode de fonctionnement et réception de l’au moins une instruction en fréquence, d’activation du deuxième mode de fonctionnement du premier pont, respectivement du deuxième pont, dans laquelle le microcontrôleur émet : i. un signal de commande d’ouverture au troisième interrupteur, ii. un signal de commande de fermeture au quatrième interrupteur, iii. un signal de commande au premier interrupteur et au deuxième interrupteur pendant une durée prédéterminée, la fréquence de chaque signal de commande étant égale à la valeur maximale de la deuxième plage de fréquences, sur une durée prédéterminée, d. d’application de la fréquence reçue au signal de commande émis au premier interrupteur et au deuxième interrupteur du premier pont, respectivement au deuxième pont, lorsque la durée prédéterminée est écoulée.
[0020] De préférence, lorsque le deuxième mode de fonctionnement du premier pont, respectivement du deuxième pont, est activé, le procédé comprenant les étapes : a. de détection d’une demande d’activation du premier mode de fonctionnement du premier pont, respectivement du deuxième pont, b. de réception d’au moins une instruction en fréquence, c. après détection de la demande d’activation du premier mode de fonctionnement et réception de l’au moins une instruction en fréquence, d’activation du premier mode de fonctionnement du premier pont, respectivement du deuxième pont, dans laquelle le microcontrôleur émet un signal de commande à chaque interrupteur du premier pont, respectivement du deuxième pont, la fréquence de chaque signal de commande émis étant égale à la valeur maximale de la première plage de fréquences sur une durée prédéterminée, d. d’application de la fréquence reçue à chaque signal de commande émis aux interrupteurs du premier pont, respectivement du deuxième pont, lorsque la durée prédéterminée est écoulée.
[0021] L’invention concerne également un produit programme d’ordinateur remarquable en ce qu’il comporte un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre un procédé tel que présenté précédemment.
[Description des dessins]
[0022] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
[0023] [Fig 1] La figure 1 illustre schématiquement le système électrique selon l’invention,
[0024] [Fig 2] La figure 2 représente le circuit électronique du convertisseur du chargeur du système électrique selon la figure 1 ,
[0025] [Fig 3] La figure 3 illustre schématiquement le procédé selon l’invention.
[Description des modes de réalisation]
[0026] Véhicule
[0027] Il va maintenant être présenté une forme de réalisation du véhicule selon l’invention. Le véhicule est notamment un véhicule électrique ou hybride et comprend notamment une machine électrique apte à convertir de l’énergie électrique en énergie mécanique afin d’entraîner en rotation les roues du véhicule. La machine électrique correspond donc au moteur électrique de propulsion du véhicule.
[0028] En référence à la figure 1 , le véhicule comprend également une batterie 10 d’alimentation et un système électrique comprenant un chargeur embarqué 20 et un microcontrôleur 40.
[0029] Batterie 10
[0030] La batterie 10 d’alimentation électrique est notamment apte à fonctionner selon un mode de décharge, dans lequel la batterie 10 alimente en énergie des équipements montés dans le véhicule ou d’autres équipements externes aux véhicules que l’on viendrait connecter à la batterie 10 ou la machine électrique,. [0031] La batterie 10 est également apte à fonctionner selon un mode de charge, dans lequel la batterie 10 est apte à se charger à partir de l’énergie électrique fournie par un réseau électrique connecté électriquement à la batterie 10.
[0032] Par exemple la tension de la batterie 10 peut être définie entre 400 V ou 800 V.
[0033] Chargeur 20
[0034] Le chargeur 20, plus connu sous l’appellation OBC pour « On Board Charger » en langue anglaise, est connecté d’une part à la batterie 10 et d’autre part à au moins un équipement monté dans le véhicule ou externe au véhicule ou à un réseau électrique apte à fournir une tension alternative.
[0035] Le chargeur 20 est dit « bidirectionnel ». En effet, lorsque le chargeur 20 est connecté à un réseau électrique et que la batterie 10 fonctionne selon l’état de charge, le chargeur 20 est notamment apte à convertir la tension alternative fournie par le réseau électrique en une tension continue apte à charger la batterie 10. D’autre part, lorsqu’un équipement électrique est connecté au chargeur 20, la batterie 10 fonctionne selon l’état de décharge, le chargeur 20 est apte convertir la tension continue fournie par la batterie 10 en une tension alternative apte à alimenter l’équipement.
[0036] Plus précisément, le chargeur 20 comprend un circuit correcteur 21 de facteur de puissance, un convertisseur 22 de tension continu-continu et une capacité de liaison C20. Le convertisseur 22 est connecté électriquement au circuit correcteur 21 via un lien filaire. De plus, la capacité de liaison C20 est connectée en dérivation sur le lien filaire reliant le circuit correcteur 21 et le convertisseur 22.
[0037] De plus, le convertisseur 22 est adapté pour être relié électriquement à la batterie 10 et le circuit correcteur 21 de facteur de puissance est adapté pour être relié électriquement à un équipement du véhicule ou extérieur au véhicule ou à un réseau électrique.
[0038] Circuit correcteur 21
[0039] Toujours en référence à la figure 1 , le circuit correcteur 21 de facteur de puissance est apte à convertir une tension alternative VAC en une tension continue VDC2I et inversement.
[0040] Convertisseur 22
[0041] Le convertisseur 22 de tension continu-continu est apte à convertir une tension continue VDC22 en une autre tension continue V10. Le rapport de conversion entre la tension continue VDC22 et la tension continue V est variable et notamment défini par une valeur comprise sur un intervalle défini entre 0,4 et 1 ,3.
[0042] Capacité de liaison C20
[0043] La capacité de liaison C20 est apte à atténuer les oscillations résiduelles de la tension continue fournie entre le circuit correcteur 21 de facteur de puissance et le convertisseur 22 de tension continu-continu.
[0044] Par exemple, lorsque la batterie 10 fonctionne selon le mode charge, le circuit correcteur 21 est relié à un réseau électrique. Ainsi, le circuit correcteur 21 convertit la tension alternative fournie par le réseau électrique en une tension continue VDC2I définie sensiblement à 400 V. Cependant, la tension continue VDC2I présente une partie alternative, autrement dit la tension continue VDC2I présente des oscillations résiduelles, par exemple à plus ou moins 30 V. La capacité de liaison C20 permet de supprimer les oscillations résiduelles de la tension continue VDC2I . Enfin, le convertisseur 22 convertit la tension continue VDC22 sans oscillation résiduelles en une tension continue V10 adaptée pour recharger la batterie 10, par exemple une tension continue entre 220 V et 465 V.
[0045] A l’inverse, lorsque la batterie 10 fonctionne selon le mode de décharge, alors cela signifie que le circuit correcteur 21 est relié à un équipement électronique à alimenter. Le convertisseur 22 convertit la tension continue V10 fournie par la batterie 10 en une autre tension continue VDC22 par exemple environ égale à 400 V. La tension continue VDC22 fournie par le convertisseur 22 présente une partie alternative, autrement dit la tension continue VDC22 présente des oscillations résiduelles, par exemple à plus ou moins 30 V. La capacité de liaison C20 permet de supprimer les oscillations résiduelles de la tension continue VDC22. Enfin, le circuit correcteur 21 convertit la tension continue VDC2I sans oscillations résiduelles définie sensiblement à 400 V en une tension alternative apte à alimenter en énergie électrique l’équipement relié audit circuit correcteur 21.
[0046] Ainsi, la valeur de la tension continue maximale appliquée aux bornes de la capacité de liaison C20 est sensiblement égale ou proche de 400 V. La tension nominale de la capacité de liaison C20 est choisie en fonction de cette contrainte de tension continue. Notamment, la capacité de liaison C20 présente une tension nominale au moins supérieure à la tension continue maximale qui lui est appliquée. De préférence, la capacité de liaison C20 présente une tension nominale légèrement supérieure à la tension continue maximale qui lui est appliquée. Ainsi, puisque la tension nominale de la capacité de liaison C20 et la valeur de la tension continue maximale qui lui est appliquée sont proches, la capacité C20 n’est pas sous-utilisée et est apte à se décharger ou de charger complètement.
[0047] Il va maintenant être présenté la structure électronique détaillée du convertisseur 22. Le convertisseur 22 correspond à un convertisseur de tension continu-continu résonant CLLC ou CLLLC.
[0048] En référence à la figure 2, le convertisseur 22 correspond à un convertisseur de tension continu-continu résonant CLLC et comprend un transformateur Tr, un premier pont en H, désigné H1 sur la figure 2, un deuxième pont en H, désigné H2, sur la figure 2, un premier circuit résonant CR1 et un deuxième circuit résonant CR2.
[0049] Le transformateur Tr comprend un enroulement primaire et un enroulement secondaire, chaque enroulement comprenant une première borne et une deuxième borne.
[0050] Chaque pont H1 , H2 comprend quatre interrupteurs, un premier interrupteur T1 étant connecté entre un point haut PH et un point milieu PM1 , un deuxième interrupteur T2 étant relié entre le point milieu PM1 et un point bas PB, un troisième interrupteur T3 étant relié entre le point haut PH et un deuxième point milieu PM2 et un quatrième interrupteur T4 étant relié entre le deuxième point milieu PM2 et le point bas PB.
[0051] Les interrupteurs T1 , T2, T3, T4, peuvent désigner n’importe quel type de commutateurs, et notamment, des transistors MOSFET ou bipolaires.
[0052] Le premier circuit résonant CR1 comprend une capacité résonante C1 et une bobine L1 connectées en série. Par analogie le deuxième circuit résonant CR2 comprend une capacité résonante C2 et une bobine L2 connectées en série.
[0053] La capacité résonante C1 du premier circuit résonant CR1 est connectée électriquement au premier point milieu PM1 du premier pont H 1 , et la bobine L1 du premier circuit résonant CR1 est connectée électriquement à la première borne de l’enroulement primaire du transformateur Tr.
[0054] La deuxième borne de l’enroulement primaire du transformateur Tr est connectée électriquement au deuxième point milieu PM2 du premier pont H1.
[0055] La capacité résonante C2 du deuxième circuit résonant CR2 est connectée électriquement au premier point milieu PM1 du deuxième pont H2, et la bobine L2 du deuxième circuit résonant CR2 est connectée électriquement à la première borne de l’enroulement secondaire du transformateur Tr. [0056] La deuxième borne de l’enroulement secondaire du transformateur Tr est connectée électriquement au deuxième point milieu PM2 du deuxième pont H2.
[0057] Par exemple, le transformateur T r est apte à fournir une tension de sortie entre les bornes de l’enroulement secondaire égale à la tension appliquée entre les bornes du premier enroulement. Ce rapport de 1 entre la tension de sortie et la tension appliquée entre les bornes du premier enroulement peut être modifié.
[0058] Le convertisseur 22 comprend également une bobine supplémentaire (non représentée sur les figures) en parallèle de l’enroulement primaire du transformateur Tr. La bobine supplémentaire peut être interne ou externe au transformateur Tr. Lorsque la bobine supplémentaire est externe au transformateur Tr, le convertisseur 22 correspond à un convertisseur de tension continu-continu résonant de type CLLLC.
[0059] Mode de fonctionnement pont en H
[0060] Le premier pont H1 , respectivement le deuxième pont H2, est également apte à fonctionner selon un premier mode de fonctionnement dans lequel le premier interrupteur T1 et le quatrième interrupteur T4 sont ouverts et fermés simultanément. De plus, dans le premier mode de fonctionnement le deuxième interrupteur T2 et le troisième interrupteur T3 sont ouverts et fermés simultanément à l’inverse du premier interrupteur T1 et du quatrième interrupteur T4. Le premier mode de fonctionnement est connu de l’homme du métier par l’appellation « Full- Bridge ».
[0061] Le premier pont H1 , respectivement le deuxième pont H2, est apte à fonctionner selon un deuxième mode de fonctionnement, dans lequel le quatrième interrupteur T4 est toujours fermé, le troisième interrupteur T3 est toujours ouvert, et le premier interrupteur T 1 et le deuxième interrupteur T2 sont ouverts alternativement. Le deuxième mode de fonctionnement est connu de l’homme du métier par l’appellation « Half-Bridge ».
[0062] Le deuxième mode de fonctionnement permet notamment de diminuer le gain en tension du convertisseur 22 par rapport au gain en tension du convertisseur 22 lorsqu’il fonctionne selon le premier mode de fonctionnement.
[0063] Microcontrôleur 40
[0064] Le microcontrôleur 40 est relié au chargeur 20.
[0065] Le microcontrôleur 40 comprend un régulateur 30 et plus précisément un régulateur PID, pour « proportionnel, intégral, dérivé ». Dans le cas présent, le régulateur 30 est apte à obtenir la valeur de la tension continue V mesurée entre le convertisseur 22 et la batterie 10. De même, le régulateur 30 est apte à obtenir la valeur de la tension VAC mesurée entre le circuit correcteur 21 et l’équipement électrique (ou le réseau électrique) relié audit circuit correcteur 21.
[0066] Le régulateur 30 est également apte à recevoir la consigne en tension à appliquer entre le convertisseur 22 et la batterie 10 et/ou la consigne en tension à appliquer entre le circuit correcteur 21 et l’équipement électrique relié audit circuit correcteur 21 .
[0067] Le régulateur 30 est apte à déterminer si chaque valeur mesurée correspond à la consigne en tension reçue à appliquer.
[0068] De plus, lorsqu’une valeur mesurée ne correspond pas à la valeur de consigne correspondante, le régulateur 30 est configuré pour émettre au moins une instruction au microcontrôleur 40 afin de modifier le rapport de conversion du convertisseur 22, afin que chaque valeur mesurée corresponde à la consigne correspondante. L’instruction émise par le régulateur 30 comprend notamment une valeur de fréquence de commande.
[0069] Le régulateur 30 est également apte à mesurer le courant aux bornes de la batterie 10.
[0070] Le microcontrôleur 40 est apte à recevoir périodiquement la valeur du courant aux bornes de la batterie 10 mesurée par le régulateur 30.
[0071] Le microcontrôleur 40 est apte à commander le convertisseur 22. Plus précisément, le microcontrôleur 40 est apte à commander l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur T1 , T2, T3, T4 du premier pont H1 et du deuxième pont H2. Ainsi, le microcontrôleur 40 est apte à commander l’activation et la désactivation du premier mode de fonctionnement et l’activation et la désactivation du deuxième mode de fonctionnement du premier pont H1 et du deuxième pont H2.
[0072] Notamment, dans le cas où la batterie 10 fonctionne selon le mode de charge, le microcontrôleur 30 commande le premier pont H1. A l’inverse, lorsque la batterie 10 fonctionne selon le mode de décharge, le microcontrôleur 40 commande le deuxième pont H2.
[0073] Plus précisément encore, le microcontrôleur 40 est apte à commander l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur T1 , T2, T3, T4 du premier pont H1 et du deuxième pont H2, notamment par la méthode de la modulation de fréquence. Pour cela, le microcontrôleur 40 émet un signal de commande à chaque interrupteur T1 , T2, T3, T4. Chaque signal de commande est défini par un signal périodique en créneau, dont le rapport cyclique est notamment de 50%. Autrement dit, le signal de commande relatif à un interrupteur T1 , T2, T3, T4 présente une alternance entre un état dit « haut » permettant de commander la fermeture dudit interrupteur, et un état dit « bas » permettant de commander l’ouverture dudit interrupteur. Cela peut également être le cas inverse, l’état haut peut commander l’ouverture dudit interrupteur et l’état bas peut commander la fermeture dudit interrupteur.
[0074] Chaque signal de commande est donc caractérisé par une fréquence. Plus précisément, une première plage de fréquences définit l’ensemble des fréquences du signal de commande (et donc l’ensemble des fréquences d’ouverture et de fermeture des interrupteurs T1 , T2, T3, T4) pour lesquelles le premier pont H1 ou le deuxième pont H2 fonctionne selon le premier mode de fonctionnement. De même, une deuxième plage de fréquences définit l’ensemble des fréquences du signal de commande (et donc l’ensemble des fréquences d’ouverture et de fermeture des interrupteurs T1 , T2, T3, T4) pour lesquelles le premier pont H1 ou le deuxième pont H2 fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement. Ainsi, lorsque le microcontrôleur 40 active le premier mode de fonctionnement, respectivement le deuxième mode de fonctionnement, du premier pont H1 ou du deuxième pont H2, le microcontrôleur 40 définit la fréquence de chaque signal de commande émis aux interrupteurs T1 , T2, T3, T4 dudit pont en sélectionnant une valeur parmi la première, respectivement la deuxième, plage de fréquences.
[0075] Le microcontrôleur 40 est apte à définir et/ou modifier la fréquence de chaque signal de commande. Par exemple, le microcontrôleur 40 est configuré pour appliquer la fréquence de commande comprise dans l’instruction émise par le régulateur 30, à chaque signal de commande, afin de modifier le rapport de conversion du convertisseur 22.
[0076] Par ailleurs, le microcontrôleur 40 peut également commander la fermeture, respectivement l’ouverture, constante d’un interrupteur T1 , T2, T3, T4 par l’émission d’un signal de fermeture, respectivement d’ouverture, audit interrupteur T1 , T2, T3, T4.
[0077] Le microcontrôleur 40 comprend un processeur apte à mettre en œuvre un ensemble d’instructions permettant de réaliser ces fonctions.
[0078] Procédé :
[0079] Il va maintenant être présenté un mode de réalisation du procédé d’activation d’un mode de fonctionnement du premier ou du deuxième pont H1 , H2, mis en œuvre par le microcontrôleur 40. [0080] Le procédé comprend une première phase P1 dite « d’activation du deuxième mode de fonctionnement ».
[0081] Par exemple, la première phase P1 est décrite ici dans le cas où la batterie 10 fonctionne selon le mode de charge et que le premier pont H1 fonctionne selon le premier mode de fonctionnement.
[0082] La première phase P1 comprend tout d’abord une étape de détection E1 d’une demande de changement de mode de fonctionnement du premier pont H1. Plus précisément, dans le cas présent, lors de l’étape de détection E1 , le microcontrôleur 40 reçoit une demande d’activation du deuxième mode de fonctionnement.
[0083] De plus la première phase P1 comprend une étape de détermination E2 d’une instruction, lors de laquelle le régulateur 30 reçoit la valeur de la tension Vio mesurée et la consigne en tension entre la batterie 10 et le convertisseur 22 et compare la tension Vw mesurée et la consigne correspondante. Si la tension V mesurée ne correspond pas à la consigne, le régulateur 30 émet une instruction en fréquence de commande. Ainsi après l’étape de détermination E2, le procédé comprend une étape de réception E3 d’au moins une instruction en fréquence de commande par le microcontrôleur 40.
[0084] La première phase P1 comprend ensuite une étape d’activation E4 du deuxième mode de fonctionnement, dans laquelle le microcontrôleur 40 active le deuxième mode de fonctionnement du premier pont H1. Pour cela, le microcontrôleur 40 émet un signal d’ouverture au troisième interrupteur T3 et un signal de fermeture au quatrième interrupteur T4. De plus, le microcontrôleur 40 émet un signal de commande au premier interrupteur T 1 et au deuxième interrupteur T2 du premier pont H1 , en définissant leur fréquence de sorte qu’elle soit égale à la valeur maximale de la deuxième plage de fréquences sur une durée prédéterminée. Par exemple, la valeur maximale de la fréquence est définie entre 20 à 30% plus élevée que l’instruction en fréquence reçue. Par exemple, la valeur maximale de la fréquence est égale à 300 kHz. De plus les signaux de commande émis au premier interrupteur T1 et au deuxième interrupteur T2 sont définis de sorte que le premier interrupteur T1 et le deuxième interrupteur T2 s’ouvrent de manière alternative.
[0085] La durée prédéterminée correspond notamment au temps de décharge du condensateur C1 du premier circuit résonant CR1 ou du condensateur C2 du deuxième circuit résonant CR2. [0086] Ensuite, la première phase P1 comprend une étape de définition E5 de la fréquence reçue comme instruction au signal de commande du premier interrupteur T1 et du deuxième interrupteur T2 du premier pont H1.
[0087] Le procédé comprend également une deuxième phase P2 dite « d’activation du premier mode de fonctionnement ».
[0088] Par exemple encore, il va maintenant être décrit la deuxième phase P2 dans le cas où la batterie 10 fonctionne selon le mode de charge et où le premier pont H 1 fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement.
[0089] La deuxième phase P2 comprend tout d’abord une étape de détection ET d’un changement de mode de fonctionnement du premier pont H1. Plus précisément, dans le cas présent, lors de l’étape de détection, le microcontrôleur 40 reçoit une demande d’activation du premier mode de fonctionnement.
[0090] De plus, après l’étape de détection ET, la deuxième phase P2 comprend une étape de détermination E2’ d’une instruction et une étape de réception E3’ d’une instruction telles que décrites dans la première phase PT
[0091] La deuxième phase P2 comprend ensuite une étape d’activation E4’ du premier mode de fonctionnement, dans laquelle le microcontrôleur 30 active le premier mode de fonctionnement du premier pont H1 en émettant un signal de commande à chaque interrupteur T1 , T2, T3, T4 du premier pont H1 , et définit la fréquence de modulation de sorte qu’elle soit égale à la valeur maximale de la première plage de fréquences sur une durée prédéterminée. De plus, les signaux de commande sont définis de sorte que le premier interrupteur T1 et le quatrième interrupteur T4 soient ouverts et fermés simultanément et de sorte que le deuxième interrupteur T2 et le troisième interrupteur T3 soient ouverts et fermés simultanément à l’inverse du premier interrupteur T1 et du quatrième interrupteur T4.
[0092] Ensuite, la deuxième phase P2 comprend une étape d’application E5’ de la fréquence reçue comme instruction aux interrupteurs T1 , T2, T3, T4 du premier pont H1.
[0093] La première et la deuxième phase sont de préférence réalisées l’une après l’autre en cas de nécessitée détectée de changement de mode de fonctionnement du convertisseur 22.
[0094] Le procédé peut également être mis en œuvre de manière analogue lorsque la batterie 10 fonctionne selon le mode de décharge. Cependant, dans ce cas, le signal de commande ne sera pas émis aux interrupteurs T1 , T2, T3, T4 du premier pont H1, mais aux interrupteurs T1 , T2, T3, T4 du deuxième pont H2.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système électrique pour véhicule automobile, le véhicule comprenant au moins une batterie (10) d’alimentation, le système électrique comprenant un chargeur électrique (20), destiné à être connecté d’une part ladite à batterie (10) et d’autre part à un réseau électrique externe au véhicule fournissant une tension alternative ou à des équipements électriques, et un microcontrôleur (40), le chargeur (20) étant apte à charger la batterie (10) à partir d’un réseau électrique externe ou à permettre à la batterie (10) d’alimenter lesdits équipements, le chargeur (20) comprenant un : a) un circuit correcteur (21) de facteur de puissance, apte à convertir une tension alternative en une tension continue et inversement, b) un convertisseur (22) de tension continu-continu, connecté entre le circuit correcteur (21) de facteur de puissance et la batterie (10) et apte à convertir une tension continue en une autre tension continue, ledit convertisseur (22) de tension continu-continu comprenant un premier pont en H (H 1), et un deuxième pont en H (H2), chaque pont en H comprenant quatre interrupteurs (T1 , T2, T3, T4), un premier interrupteur (T1) étant connecté entre un point haut (PH) et un point milieu (PM1), un deuxième interrupteur (T2) étant relié entre le point milieu (PM1) et un point bas (PB), un troisième interrupteur (T3) étant relié entre le point haut (PH) et un deuxième point milieu (PM2) et un quatrième interrupteur (T4) étant relié entre le deuxième point milieu (PM2) et le point bas (PB), le convertisseur (22) de tension comprenant également un transformateur (Tr) connectant électriquement le premier pont en H (H1) et le deuxième pont en H (H2), chaque pont en H étant apte à fonctionner selon : i) un premier mode de fonctionnement (FB) dans lequel le premier interrupteur (T1) et le quatrième interrupteur (T4) sont ouverts et fermés simultanément, le deuxième interrupteur (T2) et le troisième interrupteur (T3) sont ouverts et fermés simultanément à l’inverse du premier interrupteur (T1) et du quatrième interrupteur (T4), ii) un deuxième mode de fonctionnement (HB) dans lequel le quatrième interrupteur (T4) est toujours fermé, le troisième interrupteur (T3) est toujours ouvert, et le premier interrupteur (T1) et le deuxième interrupteur (T2) sont ouverts et fermés alternativement, le microcontrôleur (40) est configuré pour : a) commander l’ouverture et la fermeture de chaque interrupteur (T1 , T2, T3, T4) du premier pont (H1) et du deuxième pont (H2) du convertisseur (22) de tension continu- continu par l’émission à chaque interrupteur (T1 , T2, T3, T4) d’un signal de commande caractérisé par une fréquence, l’état haut du signal de commande permettant de commander la fermeture d’un interrupteur et l’état bas du signal de commande permettant de commander l’ouverture d’un interrupteur, une première plage de fréquences définit l’ensemble des fréquences du signal de commande pour lesquelles le premier pont (H1) ou le deuxième pont (H2) fonctionne selon le premier mode de fonctionnement et une deuxième plage de fréquences définit l’ensemble des fréquences du signal de commande pour lesquelles le premier pont (H1) ou le deuxième pont (H2) fonctionne selon le deuxième mode de fonctionnement, b) activer le deuxième mode de fonctionnement du premier pont (H1) ou du deuxième pont (H2) en émettant : i) un signal de commande d’ouverture au troisième interrupteur (T3), ii) un signal de commande de fermeture au quatrième interrupteur (T4), iii) un signal de commande au premier interrupteur (T1) et au deuxième interrupteur (T2) pendant une durée prédéterminée, la fréquence de chaque signal de commande étant égale à la valeur maximale de la deuxième plage de fréquences, sur une durée prédéterminée, c) activer le deuxième mode de fonctionnement du premier pont (H1) ou du deuxième pont (H2) en émettant un signal de commande à chaque interrupteur (T 1 , T2, T3, T4) du premier pont (H 1 ), respectivement du deuxième pont (H2), la fréquence de chaque signal de commande émis étant égale à la valeur maximale de la première plage de fréquences sur une durée prédéterminée.
[Revendication 2] Système électrique selon la revendication précédente dans lequel le chargeur embarqué (20) comprend une capacité de liaison (C20) connectée en parallèle entre le circuit correcteur (21) de facteur de puissance et le convertisseur (22) de tension continu-continu, apte à atténuer les oscillations résiduelles de la tension fournie entre le circuit correcteur (21) de facteur de puissance et le convertisseur (22) de tension continu- continu.
[Revendication 3] Système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le convertisseur (22) comprend : a) un transformateur (Tr) comprenant un enroulement primaire et un enroulement secondaire, chaque enroulement comprenant une première borne et une deuxième borne, 19 b) un premier circuit résonant (CR1) comprenant une capacité résonante (C1) et une bobine (L1) connectées en série, la capacité résonante (C1) du premier circuit résonant (CR1) étant connectée électriquement au premier point milieu (PM1) du premier pont (H1), et la bobine (L1) du premier circuit résonant (CR1) étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement primaire du transformateur (Tr), c) un deuxième circuit résonant (CR2) comprenant une capacité résonante (C2) et une bobine (L2) connectées en série, la capacité résonante (C2) du deuxième circuit résonant (CR2) étant connectée électriquement au premier point milieu (PM1) du deuxième pont (H2), et la bobine (L2) du deuxième circuit résonant (CR2) étant connectée électriquement à la première borne de l’enroulement secondaire du transformateur (Tr).
[Revendication 4] Système électrique selon la revendication précédente dans lequel le convertisseur (22) comprend une bobine supplémentaire, connectée en parallèle de l’enroulement primaire du transformateur (Tr).
[Revendication 5] Système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque interrupteur (T1 , T2, T3, T4) désigne un transistor MOSFET ou bipolaire.
[Revendication 6] Véhicule automobile comprenant au moins une batterie (10) et au moins un système électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes.
[Revendication 7] Procédé d’activation d’un mode de fonctionnement du premier pont (H1) ou du deuxième pont (H2) d’un convertisseur (22) de système électronique pour véhicule automobile selon la revendication précédente, ledit procédé étant mis en œuvre par le microcontrôleur (40), lorsque le premier mode de fonctionnement du premier pont (H1), respectivement du deuxième pont (H2), est activé, le procédé comprenant les étapes : a) de détection (E1) d’une demande d’activation du deuxième mode de fonctionnement du premier pont (H1), respectivement du deuxième pont (H2), b) de réception (E3) d’au moins une instruction en fréquence, c) après détection (E1) de la demande d’activation du deuxième mode de fonctionnement et réception (E3) de l’au moins une instruction en fréquence, d’activation (E4) du deuxième mode de fonctionnement du premier pont (H1), respectivement du deuxième pont (H2), dans laquelle le microcontrôleur (40) émet : i) un signal de commande d’ouverture au troisième interrupteur (T3), 20 ii) un signal de commande de fermeture au quatrième interrupteur (T4), iii) un signal de commande au premier interrupteur (T1) et au deuxième interrupteur (T2) pendant une durée prédéterminée, la fréquence de chaque signal de commande étant égale à la valeur maximale de la deuxième plage de fréquences, sur une durée prédéterminée, d) d’application (E5) de la fréquence reçue au signal de commande émis au premier interrupteur (T1) et au deuxième interrupteur (T2) du premier pont (H1), respectivement au deuxième pont (H2), lorsque la durée prédéterminée est écoulée.
[Revendication 8] Procédé d’activation selon la revendication précédente, lorsque le deuxième mode de fonctionnement du premier pont (H 1 ) , respectivement du deuxième pont (H2), est activé, le procédé comprenant les étapes : a) de détection (E1 ’) d’une demande d’activation du premier mode de fonctionnement du premier pont (H 1), respectivement du deuxième pont (H2), b) de réception (E3’) d’au moins une instruction en fréquence, c) après détection (ET) de la demande d’activation du premier mode de fonctionnement et réception (E3’) de l’au moins une instruction en fréquence, d’activation (E4’) du premier mode de fonctionnement du premier pont, respectivement du deuxième pont, dans laquelle le microcontrôleur (40) émet un signal de commande à chaque interrupteur du premier pont (H 1), respectivement du deuxième pont (H2), la fréquence de chaque signal de commande émis étant égale à la valeur maximale de la première plage de fréquences sur une durée prédéterminée, d) d’application (E5’) de la fréquence reçue à chaque signal de commande émis aux interrupteurs (T1 , T2, T3, T4) du premier pont (H 1 ), respectivement du deuxième pont (H2), lorsque la durée prédéterminée est écoulée.
[Revendication 9] Produit programme d’ordinateur caractérisé en ce qu’il comporte un ensemble d’instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ou plusieurs processeurs, configurent le ou les processeurs pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconques des revendications 7 à 8.
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