FR3064126A1

FR3064126A1 - Systeme electrique pour vehicule automobile a moteur electrique ou hybride

Info

Publication number: FR3064126A1
Application number: FR1752103A
Authority: FR
Inventors: Mimoun Askeur; Larbi Bendani; Reda CHELGHOUM; Massourang Diallo
Original assignee: Valeo Siemens eAutomotive France SAS
Current assignee: Valeo eAutomotive France SAS
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2018-09-21
Anticipated expiration: 2037-03-15
Also published as: FR3064126B1

Abstract

La présente invention a pour objet un système électrique destiné à être relié à un réseau d'alimentation électrique (G1) externe pour la recharge d'une batterie dudit système, lors d'un premier mode de fonctionnement. Le système comprend notamment un module de commande (CMD) configuré pour commander des interrupteurs afin que, dans un deuxième mode de fonctionnement, un premier interrupteur (K1) et un quatrième interrupteur (K4) soient ouverts et un deuxième interrupteur (K2) et un troisième interrupteur (K3) soient fermés de sorte qu'une première batterie (HV) délivre une tension en entrée du circuit primaire permettant la charge d'une deuxième batterie (LV) par l'intermédiaire d'un circuit primaire et d'un deuxième circuit secondaire du convertisseur continu-continu (DC).

Description

DOMAINE TECHNIQUE ET OBJET DE L’INVENTION [0001] De façon générale, l’invention concerne le domaine des systèmes électriques destinés à la recharge d’une batterie, notamment destinés à être embarqués dans un véhicule automobile, en particulier un véhicule automobile à moteur électrique ou hybride.

[0002] Plus précisément, dans le contexte d’un véhicule électrique ou hybride comprenant une batterie d’alimentation basse tension, pour l’alimentation d’équipements électriques du véhicule, et une batterie d’alimentation haute tension, pour participer à la propulsion du véhicule, il est connu qu’un chargeur embarqué, couramment désigné par l’homme du métier sous l’acronyme OBC pour « On Board Charger >> en anglais, soit utilisé pour la recharge de la batterie haute tension, et qu’un convertisseur continu-continu soit utilisé pour la conversion de la tension entre la batterie d’alimentation haute tension et la batterie basse tension. La présente invention concerne, dans ce contexte, un système électrique présentant une mutualisation de certaines fonctions remplies par le chargeur embarqué et par le convertisseur continu-continu.

ETAT DE LA TECHNIQUE [0003] Comme cela est connu, un véhicule automobile électrique ou hybride comprend un système de motorisation électrique, alimenté par une batterie d’alimentation haute tension via un réseau électrique embarqué haute tension, et une pluralité d’équipements électriques auxiliaires alimentés par une batterie d’alimentation basse tension via un réseau électrique embarqué basse tension. Ainsi, la batterie d’alimentation haute tension assure une fonction d’alimentation en énergie du système de motorisation électrique permettant la propulsion du véhicule. La batterie d’alimentation basse tension alimente des équipements électriques auxiliaires, tels que des calculateurs embarqués, des moteurs de lève-vitres, un système multimédia, etc. La batterie d’alimentation haute tension délivre typiquement une tension comprise entre 100 V et 900 V, de préférence entre 100 V et 500 V, tandis que la batterie d’alimentation basse tension délivre typiquement une tension de l’ordre de 12 V, 24 V ou 48 V. Ces deux batteries d’alimentation haute et basse tension doivent pouvoir être chargées.

[0004] La recharge en énergie électrique de la batterie d’alimentation haute tension est réalisée de manière connue en la connectant, via un réseau électrique haute tension du véhicule, à un réseau d’alimentation électrique externe, par exemple le réseau électrique alternatif domestique. A cette fin, la batterie d’alimentation haute tension est apte à être connectée au réseau d’alimentation électrique alternatif domestique, pour sa charge, via un système de charge embarqué, désigné système OBC, comprenant principalement un convertisseur alternatif-continu, composé d’un redresseur et d’un convertisseur continucontinu à correction de facteur de puissance désigné convertisseur PFC (pour « Power Factor Correction >> en anglais), et un convertisseur continu-continu de préférence isolé galvaniquement.

[0005] La figure 1 représente un schéma bloc fonctionnel d’un système électrique embarqué de l’état de l’art. Un tel système comprend un chargeur électrique OBC chargé d’alimenter une batterie d’alimentation haute tension HV, typiquement dédiée à la propulsion d’un véhicule électrique ou hybride, et comprend en outre une batterie basse tension LV assurant l’alimentation d’équipements électriques dudit véhicule.

[0006] Afin de commander le moteur électrique ENG entraînant les roues du véhicule, il est connu d’utiliser un onduleur INV permettant de convertir le courant continu fourni par la batterie d’alimentation haute tension HV en un ou plusieurs courants de commande alternatifs, par exemple sinusoïdaux.

[0007] Toujours en référence à la figure 1, pour l’alimentation du réseau d’alimentation électrique haute tension du véhicule permettant notamment la charge de la batterie d’alimentation haute tension HV, le système OBC illustré se présente sous la forme d’un convertisseur alternatif-continu comportant un redresseur RD recevant le courant issu d’un réseau d’alimentation électrique externe G1 alternatif, tel qu’un réseau d’alimentation électrique alternatif domestique, ledit redresseur RD délivrant une tension redressée à un convertisseur à correction de facteur de puissance PFC assurant la régulation de ladite tension pour ensuite, via un premier convertisseur continu-continu DC1 isolé galvaniquement, alimenter la batterie d’alimentation haute tension HV.

[0008] Le convertisseur PFC, dans sa fonction de correction du facteur de puissance, a pour fonction principale d’éliminer les déformations du réseau d’alimentation électrique externe G1 causé par le courant absorbé par le système pour éviter l'apparition de courants harmoniques néfastes au réseau d’alimentation électrique externe.

[0009] Enfin, toujours en référence à la figure 1, la charge de la batterie basse tension LV étant réalisée de manière connue par la batterie d’alimentation haute tension HV, le système comprend à cette fin un deuxième convertisseur continu-continu DC2 isolé, connecté entre la batterie d’alimentation haute tension HV et la batterie basse tension LV.

[0010] Aujourd’hui, les fonctions de charge de la batterie d’alimentation haute tension HV et de charge de la batterie d’alimentation basse tension LV sont indépendantes, chaque fonction nécessite la mise en oeuvre respectivement d’un convertisseur continu-continu DC1, DC2 dédié.

[0011] Pour pallier ces inconvénients, la présente invention propose d’utiliser un unique convertisseur continu-continu pour qu’il soit à apte à fonctionner dans deux modes : un premier mode dans lequel il réalise une fonction de charge de la batterie d’alimentation haute tension HV et un deuxième mode dans lequel il réalise une fonction de charge de la batterie basse tension LV.

PRESENTATION GENERALE DE L’INVENTION [0012] Plus précisément, l’invention vise un système électrique, notamment pour véhicule automobile, destiné à être relié à un réseau d’alimentation électrique externe pour la recharge d’une batterie haute tension dudit système dans un premier mode de fonctionnement et étant apte à permettre la charge d’une batterie basse tension dudit système dans un deuxième mode de fonctionnement.

[0013] A cette fin, le système comprend deux bornes d’entrée destinées à être connectée au réseau d’alimentation électrique externe, une première batterie, une deuxième batterie, et un convertisseur continu-continu isolé comportant un circuit primaire, un premier circuit secondaire et un second circuit secondaire, le circuit primaire et le premier circuit secondaire étant configurés de sorte à, lors du premier mode de fonctionnement du système électrique, transmettre une énergie entre une entrée et une sortie dudit convertisseur continu-continu de manière à adapter une tension de charge de la première batterie.

[0014] Le système est remarquable en ce qu’il comprend un premier interrupteur disposé entre une borne d’entrée, notamment une borne d’entrée haute, du circuit primaire et une desdites bornes d’entrée du système, un deuxième interrupteur reliant une borne d’entrée haute du circuit primaire et une borne haute de la première batterie, un troisième interrupteur reliant une borne d’entrée basse du circuit primaire et une borne basse de la première batterie, un quatrième interrupteur reliant une borne haute du premier circuit secondaire et une borne haute de la première batterie, et un module de commande configuré pour commander lesdits interrupteurs afin que, dans un deuxième mode de fonctionnement du système électrique, le premier interrupteur et le quatrième interrupteur soient ouverts et le deuxième interrupteur et le troisième interrupteur soient fermés de sorte que la première batterie délivre une tension en entrée du circuit primaire permettant la charge de la deuxième batterie par l’intermédiaire du circuit primaire et du deuxième circuit secondaire du convertisseur continu-continu.

[0015] Selon l’invention, un unique convertisseur continu-continu est utilisé dans lequel le premier mode de fonctionnement peut être mis en œuvre lorsque le système est connecté au réseau d’alimentation électrique externe afin de recharger la première batterie à partir dudit réseau tandis que le deuxième mode de fonctionnement peut être mis en œuvre pour recharger la deuxième batterie à partir de la première batterie. Le système électrique selon l’invention présente une meilleure compacité et permet de réduire les coûts dans la mesure où le convertisseur continu-continu est utilisé dans une double fonction de charge de la deuxième batterie par la première batterie et de recharge de la première batterie par un réseau d’alimentation électrique externe.

[0016] Selon un aspect de l’invention, le module de commande est configuré pour commander les interrupteurs afin que, dans le premier mode de fonctionnement, le premier interrupteur et le quatrième interrupteur soient fermés et le deuxième interrupteur et le troisième interrupteur soient ouverts de sorte que le circuit primaire reçoive en entrée une tension issue du réseau d’alimentation électrique externe permettant la charge de la première batterie par l’intermédiaire du circuit primaire et du premier circuit secondaire du convertisseur continu-continu. Ceci permet notamment d’améliorer le rendement de la charge de la première batterie par le réseau d’alimentation électrique externe.

[0017] Dans une forme de réalisation, le système comprend des moyens de détermination du besoin en tension de la première batterie.

[0018] De manière avantageuse, le module de commande est configuré pour que, dans le premier mode de fonctionnement, la tension soit délivrée par le convertisseur continu-continu en fonction du besoin en tension de la première batterie.

[0019] Avantageusement, le système comprend des moyens de détermination du besoin en tension de la deuxième batterie.

[0020] De manière avantageuse, le module de commande est configuré pour que, dans le deuxième mode de fonctionnement, la tension soit délivrée par le convertisseur continu-continu en fonction du besoin en tension de la deuxième batterie.

[0021] Dans une forme de réalisation préférée, le système comprend un convertisseur alternatif-continu connecté entre les bornes d’entrée dudit système, destinées à être connectées au réseau d’alimentation électrique externe et l’entrée du convertisseur continucontinu, ledit premier interrupteur étant configuré pour ouvrir ledit convertisseur alternatifcontinu dans le deuxième mode de fonctionnement.

[0022] De manière avantageuse, le convertisseur alternatif-continu comprend un redresseur destiné à être relié au réseau d’alimentation électrique externe, et un circuit correcteur de facteur de puissance en sortie du redresseur, ledit circuit correcteur de facteur de puissance étant connecté en entrée du convertisseur continu-continu.

[0023] Selon une caractéristique de l’invention, le circuit correcteur de facteur de puissance est relié d’une part, via sa borne d’entrée haute et le premier interrupteur, à la borne haute du redresseur, et d’autre part, via sa borne de sortie haute, à la borne d’entrée haute du convertisseur continu-continu.

[0024] Selon un aspect de l’invention, le système comprend en outre des moyens de filtrage connectés en entrée du redresseur, destinés à filtrer la tension délivrée par le réseau d’alimentation électrique externe alternatif et à délivrer une tension filtrée au redresseur.

[0025] Selon un aspect de l’invention, le système comprend une machine électrique caractérisée par une pluralité de phases électriques, des interrupteurs du circuit correcteur de facteur de puissance étant configurés pour alimenter lesdites phases à partir de la première batterie dans un troisième mode de fonctionnement du système électrique.

[0026] Avantageusement, le circuit correcteur de facteur de puissance est configuré pour utiliser lesdites phases dans le premier mode de fonctionnement afin de charger la première batterie.

[0027] De manière préférée, les interrupteurs sont configurés de sorte que, dans le troisième mode de fonctionnement du système électrique, le premier interrupteur et le quatrième interrupteur sont ouverts et le deuxième interrupteur et le troisième interrupteur sont fermés.

[0028] Dans une forme de réalisation, le module de commande est configuré pour que, dans le troisième mode de fonctionnement, la tension soit délivrée en fonction du besoin en tension de ladite machine électrique.

[0029] Dans une forme de réalisation, le système comprend en outre un cinquième interrupteur reliant une borne du second circuit secondaire et une borne de la deuxième batterie, ledit cinquième interrupteur étant configuré pour être fermé dans le deuxième mode de fonctionnement.

[0030] De préférence, le cinquième interrupteur est configuré pour être ouvert dans le premier mode de fonctionnement ou le troisième mode de fonctionnement.

[0031] Avantageusement, le module de commande est configuré pour commander simultanément l’ouverture ou la fermeture du premier interrupteur et du quatrième interrupteur d’une part et pour commander simultanément respectivement la fermeture ou l’ouverture du deuxième interrupteur, du troisième interrupteur, et potentiellement du cinquième interrupteur.

[0032] Avantageusement encore, le deuxième circuit secondaire est indépendant du premier circuit secondaire afin de permettre une charge efficace de la deuxième batterie par la première batterie et d’isoler les masses de la batterie haute tension et de la batterie basse tension.

[0033] Selon une caractéristique de l’invention, le premier interrupteur, le deuxième interrupteur, le troisième interrupteur, le quatrième interrupteur et le cinquième interrupteur sont des relais électromécaniques ou des interrupteurs semi-conducteurs.

[0034] De préférence, la première batterie est une batterie d’alimentation haute tension délivrant par exemple une tension comprise entre 100 V et 900 V, de préférence entre 100 V et 500 V, tandis que la deuxième batterie est une batterie d’alimentation basse tension délivrant par exemple une tension de l’ordre de 12 V, 24 V ou 48 V.

[0035] L’invention concerne également un véhicule automobile électrique ou hybride comprenant un système électrique tel que présenté précédemment.

[0036] L’invention concerne enfin un procédé de recharge d’une batterie d’un système électrique, notamment pour véhicule automobile, ledit système étant destiné à être relié à un réseau d’alimentation électrique externe pour la recharge d’une batterie dudit système dans un premier mode de fonctionnement, ledit système comprenant deux bornes d’entrée destinées à être connectée au réseau d’alimentation électrique externe, une première batterie, une deuxième batterie, et un convertisseur continu-continu isolé comportant un circuit primaire, un premier circuit secondaire et un second circuit secondaire, le circuit primaire et le premier circuit secondaire étant configurés de sorte à, lors du premier mode de fonctionnement du système électrique, transmettre une énergie entre une entrée et une sortie dudit convertisseur continu-continu de manière à adapter une tension de charge de la première batterie.

[0037] Le procédé est remarquable en ce que, le système comprenant en outre un premier interrupteur disposé entre une borne d’entrée, notamment une borne d’entrée haute, du circuit primaire et une desdites bornes d’entrée du système, un deuxième interrupteur reliant une borne d’entrée haute du circuit primaire et une borne haute de la première batterie, un troisième interrupteur reliant une borne d’entrée basse du circuit primaire et une borne basse de la première batterie, et un quatrième interrupteur reliant une borne haute du premier circuit secondaire et une borne haute de la première batterie, le procédé comprend une étape de commande desdits interrupteurs afin que, dans un deuxième mode de fonctionnement du système électrique, le premier interrupteur et le quatrième interrupteur soient ouverts et le deuxième interrupteur et le troisième interrupteur soient fermés de sorte que la première batterie délivre une tension en entrée du circuit primaire permettant la charge de la deuxième batterie par l’intermédiaire du circuit primaire et du deuxième circuit secondaire du convertisseur continu-continu.

DESCRIPTION DES FIGURES [0038] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels :

- la figure 1 (déjà commentée), le schéma bloc fonctionnel d’un système électrique selon l’état de l’art ;

- la figure 2, le schéma bloc fonctionnel d’un système électrique selon invention ;

- la figure 3, un schéma électronique d’un exemple de réalisation d’un système électrique conforme à la présente invention ;

- la figure 4, un schéma électronique de l’exemple de la figure 3 dans un mode premier de fonctionnement ;

- la figure 5, un schéma électronique de l’exemple de la figure 3 dans un deuxième mode de fonctionnement.

[0039] II faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION [0040] II est rappelé que la présente invention est décrite ci-après à l’aide de différents modes de réalisation non limitatifs et est susceptible d’être mise en œuvre dans des variantes à la portée de l’homme du métier, également visées par la présente invention.

[0041] La figure 2 représente un schéma bloc fonctionnel d’une forme de réalisation du système selon l’invention. Ce système électrique est notamment destiné à être monté dans un véhicule automobile électrique ou hybride.

[0042] Le système comprend tout d’abord une première batterie, d’alimentation haute tension HV, et une deuxième batterie, d’alimentation basse tension LV. La batterie d’alimentation haute tension HV permet, à travers un réseau électrique haute tension embarqué, la propulsion du véhicule et délivre à cette fin une haute tension, par exemple comprise entre 100 V et 900 V, de préférence entre 100 V et 500 V. La deuxième batterie est une batterie d’alimentation basse tension LV qui permet, à travers un réseau électrique basse tension embarqué, l’alimentation d’équipements électriques auxiliaires du véhicule tels que, par exemple, des calculateurs embarqués, des moteurs de lève-vitres, un système multimédia, etc. Cette batterie d’alimentation basse tension LV délivre à cette fin une basse tension, par exemple de l’ordre de 12 V, 24 V ou 48 V.

[0043] Selon l’invention, le système permet, dans un premier mode de fonctionnement, la charge en énergie électrique de la batterie d’alimentation haute tension HV par un réseau d’alimentation électrique externe G1, et, dans un deuxième mode de fonctionnement, la charge en énergie électrique de la batterie d’alimentation basse tension LV par la batterie d’alimentation haute tension HV.

[0044] A cette fin, dans la forme de réalisation préférée illustrée à la figure 2, le système comprend, outre la batterie d’alimentation haute tension HV et la batterie d’alimentation basse tension LV, un convertisseur continu-continu DC et un convertisseur alternatif-continu.

[0045] Afin de connecter le système à un réseau d’alimentation électrique externe G1, tel que par exemple un réseau d’alimentation électrique alternatif domestique, pour recharger la batterie d’alimentation haute tension HV, le convertisseur alternatif-continu est connecté entre les bornes d’entrée (E1 et E2 sur les figures 3 à 5) du système qui sont destinées à être connectées au réseau d’alimentation électrique externe G1 et l’entrée du convertisseur continu-continu DC.

[0046] Le convertisseur alternatif-continu comprend un redresseur RD destiné à être relié au réseau d’alimentation électrique externe G1 alternatif et un circuit correcteur de facteur de puissance PFC.

[0047] Le redresseur RD permet de fournir une tension continue à partir d’une tension alternative délivrée par le réseau d’alimentation électrique externe G1 lorsque le système est connecté audit réseau d’alimentation électrique externe G1.

[0048] A cette fin, le redresseur RD comprend dans l’exemple non limitatif illustré aux figures 3 à 5 un pont monophasé de diodes constitué de quatre diodes D1, D2, D3, D4 et une capacité C1 connectée en parallèle du pont. Le pont de diodes et la capacité C1 sont connectés d’une part à une borne haute H1 et d’autre part à une borne basse B1 reliée à une première masse M1. Le redresseur illustré permet de redresser la tension alternative du réseau d’alimentation électrique externe G1 lorsque ce dernier est monophasé. Un tel redresseur RD étant connu en soi, il ne sera pas davantage détaillé ici. On notera de plus que dans le cas où le réseau d’alimentation électrique externe G1 est triphasé, le redresseur RD pourrait comprendre un pont triphasé (connu en soi) à la place du pont monophasé. Dans les deux cas, les diodes D1, D2, D3, D4 peuvent être remplacées par des interrupteurs, tels que des transistors semi-conducteurs, de façon à commander le pont.

[0049] Le circuit correcteur de facteur de puissance PFC est relié d’une part, via sa borne d’entrée haute EH2 et un premier interrupteur K1 bi-position, à la borne haute H1 du redresseur RD, et d’autre part, via sa borne de sortie haute SH2, à une borne d’entrée haute EH3 du convertisseur continu-continu DC.

[0050] En référence à la figure 2, pour améliorer l’architecture du système en termes de compacité par rapport à l’état de la technique, la présente invention propose d’utiliser un unique convertisseur (i.e. le convertisseur continu-continu DC) apte à fonctionner alternativement dans le premier mode de fonctionnement permettant la charge de la batterie d’alimentation haute tension HV, et dans le deuxième mode de fonctionnement permettant la charge de la batterie d’alimentation basse tension LV [0051] Dans le premier mode de fonctionnement, le système est connecté au réseau d’alimentation électrique externe G1 afin de recharger la batterie d’alimentation haute tension HV à travers le convertisseur continu-continu DC. Le circuit correcteur de facteur de puissance PFC a pour fonction principale de corriger le facteur de puissance entre le redresseur RD et le convertisseur continu-continu DC en éliminant les déformations du réseau d’alimentation électrique externe G1 causé par le courant absorbé par le système, pour éviter l'apparition de courants harmoniques néfastes au réseau électrique embarqué du véhicule, en l’espèce principalement le réseau électrique haute tension.

[0052] Dans le deuxième mode de fonctionnement, le système n’est pas connecté au réseau d’alimentation électrique externe G1 et la batterie d’alimentation haute tension HV recharge la batterie d’alimentation basse tension LV à travers le convertisseur continucontinu DC.

[0053] Dans l’exemple illustré aux figures 3 à 5, le circuit correcteur de facteur de puissance PFC comprend une borne d’entrée haute EH2 à laquelle sont connectées trois bobines inductives L1, L2 et L3 reliées chacune à une borne basse B2, connectée à la première masse M1, par un interrupteur, respectivement T1, T2, T3, et à une borne de sortie haute SH2 du circuit correcteur de facteur de puissance PFC par un autre interrupteur, respectivement T4, T5, T6.

[0054] Les interrupteurs T1 et T4 sont commandés l’un après l’autre, par exemple en opposition de phase. De même, les interrupteurs T2 et T5 sont commandés l’un après l’autre et les interrupteurs T3 et T6 sont commandés l’un après l’autre. Pour réduire les ondulations de courant on peut décaler les commandes entre les interrupteurs T1, T2 et T3 en les déphasant d’un tiers de période du signal, le circuit correcteur de facteur de puissance PFC disposant de trois bras. Une telle commande permet d’avoir une absorption du courant d’entrée du circuit correcteur de facteur de puissance PFC (dans sa fonction de correction de facteur de puissance) de type sinusoïdale (le courant et la tension étant en phase) de sorte que la puissance active soit égale à la puissance apparente et que la puissance réactive soit nulle.

[0055] Une tension V1 est définie entre la borne haute de sortie SH2 du circuit correcteur de facteur de puissance PFC (qui correspond à la borne d’entrée haute EH3 du convertisseur continu-continu DC) et la première masse M1.

[0056] La borne de sortie haute H1 du redresseur RD est reliée à la borne d’entrée haute EH2 du circuit correcteur de facteur de puissance PFC par l’intermédiaire du premier interrupteur K1. La borne de sortie haute SH2 du circuit correcteur de facteur de puissance PFC est reliée à la borne d’entrée haute EH3 du convertisseur continu-continu DC.

[0057] Dans le premier mode de fonctionnement, le convertisseur continu-continu DC permet d’adapter la tension V1 fournie par le circuit correcteur de facteur de puissance PFC en vue de charger la batterie d’alimentation haute tension HV.

[0058] Dans le deuxième mode de fonctionnement, le convertisseur continu-continu DC permet de convertir une tension V2 fournie par la batterie d’alimentation haute tension HV en une tension V3 de charge de la batterie d’alimentation basse tension LV. Le convertisseur continu-continu DC peut par exemple convertir la haute tension fournie par la batterie d’alimentation haute tension HV en une basse tension de 80 V, de 48 V, de 24 V ou de 12 V.

[0059] Pour ce faire, la borne d’entrée haute EH3 du convertisseur continu-continu DC est reliée à la borne haute H4 de la batterie HV par l’intermédiaire d’un deuxième interrupteur K2 bi-position.

[0060] Le convertisseur continu-continu DC comprend une borne d’entrée basse EB3 connectée à la première masse M1 et une borne de sortie basse SB3 connectée à une deuxième masse M2, différente de la première masse M1 et qui est également reliée à la borne basse B4 de la batterie d’alimentation haute tension HV. La borne d’entrée basse EB3 et la borne de sortie basse SB3 du convertisseur continu-continu DC sont reliées entre elles par l’intermédiaire d’un troisième interrupteur K3 bi-position.

[0061] Le convertisseur continu-continu DC est isolé galvaniquement, et permet d’alimenter la batterie d’alimentation haute tension HV dans le premier mode de fonctionnement du système. L’isolation galvanique est réalisée par la séparation du convertisseur continu-continu DC en un circuit primaire, un premier circuit secondaire et un deuxième circuit secondaire. Le circuit primaire comprend une capacité d’entrée C2 montée entre la borne d’entrée haute EH3 et la borne d’entrée basse EB3, et un circuit inductif.

[0062] Ce circuit inductif comporte un bras d’interrupteur comprenant un interrupteur T7 relié à la borne d’entrée haute EH3, un interrupteur T8 relié à la borne d’entrée basse EB3. Une capacité C3 est reliée d’une part au point milieu de l’interrupteur T7 et de l’interrupteur T8 et d’autre part à une bobine inductive L4 connectée par ailleurs à la borne d’entrée basse EB3.

[0063] Le premier circuit secondaire comprend deux bobines inductives L5, L6 connectées chacune via une diode, respectivement D5 et D6, à une première borne de sortie haute SH3 du convertisseur continu-continu DC. Le point milieu des bobines inductives L5, L6 est relié à la deuxième masse M2.

[0064] Un quatrième interrupteur K4 bi-position est connecté entre la première borne de sortie haute SH3 du convertisseur continu-continu DC et la borne haute H4 de la batterie d’alimentation haute tension HV.

[0065] Une capacité de sortie C4 est connectée entre la borne haute H4 de la batterie d’alimentation haute tension HV et la deuxième masse M2 qui est reliée à la borne basse B4 de la batterie d’alimentation haute tension HV, la batterie d’alimentation haute tension HV étant ainsi connectée aux bornes de la capacité de sortie C4.

[0066] Le deuxième circuit secondaire comprend deux bobines inductives L7, L8 connectées chacune via une diode, respectivement D7 et D8, à une deuxième borne de sortie haute SH5 du convertisseur continu-continu DC, et un cinquième interrupteur K5, à la borne d’entrée haute H6 de la batterie d’alimentation basse tension LV. Le point milieu des bobines inductives L7, L8 est relié à une troisième masse M3.

[0067] Le premier interrupteur K1, le deuxième interrupteur K2, le troisième interrupteur K3, le quatrième interrupteur K4 et le cinquième interrupteur K5 sont commandés en ouverture ou en fermeture par un module de commande CMD, comme illustré sur la figure 2. Plus précisément, le premier interrupteur K1 et le quatrième interrupteur K4 sont commandés dans la même position (ouverte ou fermée) simultanément, tandis que le deuxième interrupteur K2, le troisième interrupteur K3, et potentiellement le cinquième interrupteur K5, sont commandés dans la même position, inverse de la position du premier interrupteur K1 et du quatrième interrupteur K4 (respectivement fermée ou ouverte), simultanément également.

[0068] Le module de commande CMD est configuré pour commander les interrupteurs K1, K2, K3, K4 et K5 afin que, dans le premier mode de fonctionnement, le premier interrupteur K1 et le quatrième interrupteur K4 soient fermés et le deuxième interrupteur K2, le troisième interrupteur K3 et le cinquième interrupteur K5 soient ouverts de sorte que le convertisseur continu-continu DC reçoive en entrée une tension V1 permettant la charge de la batterie d’alimentation haute tension HV par l’intermédiaire du circuit primaire et du premier circuit secondaire du convertisseur continu-continu DC, notamment lorsque le système est connecté au réseau d’alimentation électrique externe G1.

[0069] Le module de commande CMD est également configuré pour commander lesdits interrupteurs K1, K2, K3, K4 et K5 afin que, dans le deuxième mode de fonctionnement, le premier interrupteur K1 et le quatrième interrupteur K4 soient ouverts et le deuxième interrupteur K2, le troisième interrupteur K3 et le cinquième interrupteur K5 soient fermés de sorte que la batterie d’alimentation haute tension HV délivre une tension V1 en entrée du convertisseur continu-continu DC permettant la charge de la batterie d’alimentation basse tension LV par l’intermédiaire du circuit primaire et du deuxième circuit secondaire du convertisseur continu-continu DC.

[0070] Les trois bobines inductives L1, L2 et L3 du circuit correcteur de facteur de puissance PFC peuvent correspondent aux phases d’une machine électrique ENG alimentée par le système et notamment destinée à entraîner les roues du véhicule. Dans cet exemple, le module de commande CMD peut être aussi configuré pour que, dans un troisième mode de fonctionnement, la tension V1 soit délivrée par la batterie haute tension HV en fonction du besoin en tension de la machine électrique ENG. En particulier, les inductances L1, L2, L3 du circuit correcteur de facteur de puissance PFC correspondent aux phases de la machine électrique ENG. Les phases de la machine électrique ENG forment donc des inductances du circuit correcteur de facteur de puissance PFC. Alors, afin de contrôler la tension V1 alimentant la machine électrique ENG, le module de commande contrôle les états des interrupteurs T1-T6 du circuit correcteur de facteur de puissance PFC. Les états des interrupteurs K1, K2, K3, K4 sont identiques à ceux du deuxième mode de fonctionnement, si ce n’est le cinquième interrupteur K5 qui peut être fermé ou ouvert suivant si l’on souhaite respectivement charger ou non la batterie d’alimentation basse tension LV en même temps.

[0071] L’invention va maintenant être décrite dans sa mise en œuvre en référence aux figures 4 et 5.

[0072] Dans le premier mode de fonctionnement illustré à la figure 4, le système est connecté au réseau d’alimentation électrique externe alternatif G1, le premier interrupteur K1 et le quatrième interrupteur K4 sont fermés et le deuxième interrupteur K2, le troisième interrupteur K3 et le cinquième interrupteur K5 sont ouverts. Dans cette configuration, le circuit correcteur de facteur de puissance PFC délivre, via le convertisseur continu-continu DC, une tension V1 à la batterie d’alimentation haute tension HV afin de la recharger.

[0073] Autrement dit, dans cette configuration :

- le redresseur RD est connecté au circuit correcteur de facteur de puissance PFC (le premier interrupteur K1 étant fermé) ;

- la borne d’entrée haute EH3 du convertisseur continu-continu DC et la borne haute

H4 de la batterie d’alimentation haute tension HV ne sont pas reliées électriquement (le deuxième interrupteur K2 étant ouvert) ;

- la borne d’entrée basse EB3 et la borne de sortie basse SB3 du convertisseur continucontinu DC ne sont pas reliées électriquement à la batterie d’alimentation haute tension HV (le troisième interrupteur K3 étant ouvert), et

- la borne de sortie haute SH3 du convertisseur continu-continu DC est connectée à la borne haute H4 de la batterie d’alimentation haute tension HV (le quatrième interrupteur K4 étant fermé) et la deuxième borne de sortie haute SH5 du convertisseur continu-continu DC est déconnectée de la borne haute H6 de la batterie d’alimentation basse tension LV (le cinquième interrupteur K5 étant ouvert) afin de permettre la charge de la batterie d’alimentation haute tension HV via le circuit primaire et le premier circuit secondaire du convertisseur continu-continu DC.

[0074] Il est à noter que le cinquième interrupteur K5 pourrait être fermé pour permettre en même temps une charge de la batterie LV à partir du réseau électrique externe alternatif G1.

[0075] Dans le deuxième mode de fonctionnement illustré à la figure 5, la charge de la batterie d’alimentation haute tension HV n’est pas active, le système étant déconnecté du réseau d’alimentation électrique externe alternatif G1. Dans ce mode, le premier interrupteur K1 est ouvert afin de déconnecter le redresseur RD du circuit correcteur de facteur de puissance PFC. Le quatrième interrupteur K4 est ouvert et le deuxième interrupteur K2, le troisième interrupteur K3 et le cinquième interrupteur K5 sont fermés afin de permettre à la batterie d’alimentation haute tension HV de charger la batterie d’alimentation basse tension LV.

[0076] Autrement dit, dans cette configuration :

- le redresseur RD est déconnecté du circuit correcteur de facteur de puissance PFC (le premier interrupteur K1 étant ouvert) ;

H4 de la batterie d’alimentation haute tension HV sont reliées électriquement (le deuxième interrupteur K2 étant fermé) ;

- la borne d’entrée basse EB3 et la borne de sortie basse SB3 du convertisseur continucontinu DC sont reliées électriquement à la batterie d’alimentation haute tension HV (le troisième interrupteur K3 étant fermé), et

- la première borne de sortie haute SH3 du convertisseur continu-continu DC est déconnectée de la borne haute H4 de la batterie d’alimentation haute tension HV (le quatrième interrupteur K4 étant ouvert) et la deuxième borne de sortie haute SH5 du convertisseur continu-continu DC est connectée à la borne haute H6 de la batterie d’alimentation basse tension LV (le cinquième interrupteur K5 étant fermé) afin de permettre la charge, par la batterie d’alimentation haute tension HV et via le circuit primaire et le deuxième circuit secondaire du convertisseur continu-continu DC, de la batterie d’alimentation basse tension LV.

[0077] Le troisième mode de fonctionnement, est similaire à celui illustré en figure 5, si ce n’est que le cinquième interrupteur K5 peut être ouvert ou fermé suivant si l’on souhaite charger la batterie basse tension LV ou pas. En outre, dans ce troisième mode de fonctionnement, les interrupteurs T1-T6 du circuit correcteur de facteur de puissance PFC fonctionnent comme un onduleur pour commander l’alimentation des phases L1, L2, L3 de la machine ENG depuis la batterie d’alimentation haute tension HV.

[0078] Grâce à l’architecture du système selon l’invention, il n’est plus nécessaire de recourir à deux convertisseurs distincts : un convertisseur dédié à la fonction de charge de la batterie d’alimentation haute tension HV depuis le réseau d’alimentation électrique externe G1 et un convertisseur dédié à la fonction de charge de la batterie d’alimentation basse tension LV depuis la batterie d’alimentation haute tension HV. La compacité peut être encore améliorée lorsque les phases de la machine électrique ENG sont utilisées par le circuit correcteur de facteur de puissance PFC. Par ailleurs, l’utilisation d’interrupteurs K1, K2, K3, K4, K5 permet de basculer aisément et rapidement entre le premier mode de fonctionnement et le deuxième mode de fonctionnement.

[0079] L’invention n’est pas limitée aux exemples décrits. Notamment, le circuit inductif pourrait être différent. Par exemple, le circuit primaire et/ou le circuit secondaire pourrait comprendre chacun plusieurs bobines. Notamment, le circuit primaire et les circuits secondaires peuvent être similaires à ceux décrits dans la demande internationale de brevet PCT/EP2016/074641. En outre, le système électrique pourrait se passer du cinquième interrupteur K5. Dans le premier mode de fonctionnement, une charge de la batterie d’alimentation basse tension LV depuis le réseau d’alimentation électrique externe G1 serait alors possible, le deuxième mode de fonctionnement restant similaire à celui décrit précédemment.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système électrique, notamment pour véhicule automobile, ledit système étant destiné à être relié à un réseau d’alimentation électrique (G1) externe pour la recharge d’une batterie dudit système, lors d’un premier mode de fonctionnement, et comprenant :

- deux bornes d’entrée (E1, E2) destinées à être connectée au réseau d’alimentation électrique (G1) externe,

- une première batterie (HV),

- une deuxième batterie (LV),

- un convertisseur continu-continu (DC) isolé comportant un circuit primaire, un premier circuit secondaire et un second circuit secondaire, le circuit primaire et le premier circuit secondaire étant configurés de sorte à, lors du premier mode de fonctionnement du système électrique, transmettre une énergie entre une entrée et une sortie dudit convertisseur continu-continu (DC) de manière à adapter une tension de charge de la première batterie (HV), et le système étant caractérisé en ce qu’il comprend :

- un premier interrupteur (K1) disposé entre une borne d’entrée (EH3) du circuit primaire et une desdites bornes d’entrée (E1, E2) du système,

- un deuxième interrupteur (K2) reliant une borne d’entrée haute (EH3) du circuit primaire et une borne haute de la première batterie (HV),

- un troisième interrupteur (K3) reliant une borne d’entrée basse (EB3) du circuit primaire et une borne basse (B4) de la première batterie (HV),

- un quatrième interrupteur (K4) reliant une borne haute (SH3) du premier circuit secondaire et une borne haute (H4) de la première batterie (HV), et

- un module de commande (CMD) configuré pour commander lesdits interrupteurs afin que, dans un deuxième mode de fonctionnement du système électrique, le premier interrupteur (K1) et le quatrième interrupteur (K4) soient ouverts et le deuxième interrupteur (K2) et le troisième interrupteur (K3) soient fermés de sorte que la première batterie (HV) délivre une tension (V1) en entrée du circuit primaire permettant la charge de la deuxième batterie (LV) par l’intermédiaire du circuit primaire et du deuxième circuit secondaire du convertisseur continu-continu (DC).
2. Système selon la revendication 1, dans lequel le module de commande est configuré pour commander les interrupteurs afin que, dans le premier mode de fonctionnement, le premier interrupteur (K1 ) et le quatrième interrupteur (K4) soient fermés et le deuxième interrupteur (K2) et le troisième interrupteur (K3) soient ouverts de sorte que le circuit primaire reçoive en entrée une tension (V1) issue du réseau d’alimentation électrique (G1) externe permettant la charge de la première batterie (HV) par l’intermédiaire du circuit primaire et du premier circuit secondaire du convertisseur continu-continu (DC).
3. Système selon l’une des revendications précédentes, comprenant un convertisseur alternatif-continu connecté entre les bornes d’entrée dudit système, destinées à être connectées au réseau d’alimentation électrique (G1) externe et l’entrée du convertisseur continu-continu (DC), ledit premier interrupteur (K1) étant configuré pour ouvrir ledit convertisseur alternatif-continu dans le deuxième mode de fonctionnement.
4. Système selon la revendication précédente, dans lequel le convertisseur alternatifcontinu comprend un redresseur (RD) destiné à être relié au réseau d’alimentation électrique (G1) externe, et un circuit correcteur de facteur de puissance (PFC) en sortie du redresseur (RD), ledit circuit correcteur de facteur de puissance (PFC) étant connecté en entrée du convertisseur continu-continu (DC).
5. Système selon la revendication précédente, dans lequel le circuit correcteur de facteur de puissance (PFC) est relié d’une part, via sa borne d’entrée haute (EH2) et le premier interrupteur (K1), à la borne haute (H1) du redresseur (RD), et d’autre part, via sa borne de sortie haute (SH2), à la borne d’entrée haute (EH3) du convertisseur continucontinu (DC).
6. Système selon les revendications 4 ou 5, le système comprenant une machine électrique (ENG) caractérisée par une pluralité de phases électriques, des interrupteurs du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC) étant configurés pour alimenter lesdites phases à partir de la première batterie (HV) dans un troisième mode de fonctionnement du système électrique.
7. Système selon la revendication précédente, dans lequel le circuit correcteur de facteur de puissance (PFC) est configuré pour utiliser lesdites phases dans le premier mode de fonctionnement afin de charger la première batterie (HV).
8. Système selon la revendication 6 ou 7, dans lequel, les interrupteurs (K1, K2, K3, K4) sont configurés de sorte que, dans le troisième mode de fonctionnement du système électrique, le premier interrupteur (K1) et le quatrième interrupteur (K4) sont ouverts et le deuxième interrupteur (K2) et le troisième interrupteur (K3) sont fermés.
9. Système selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un cinquième interrupteur (K5) reliant une borne (SH5) du second circuit secondaire et une borne (H6) de la deuxième batterie (LV), ledit cinquième interrupteur (K5) étant configuré pour être fermé dans le deuxième mode de fonctionnement.
10. Système selon la revendication précédente, dans lequel le cinquième interrupteur (K5) est configuré pour être ouvert dans le premier mode de fonctionnement ou le troisième mode de fonctionnement.

1/5 ο

2/5

T

I

I

3/5

4/5

Ω

Ω