FR3014611A1 - Dispositif de charge pour vehicule electrique avec une chaine de traction a machine a reluctance commutee - Google Patents

Abstract

Ce dispositif (1) de charge embarqué d'une batterie (2) d'un véhicule automobile à traction électrique comprend un premier étage (6) redresseur destiné à être raccordé à une source d'alimentation (3), un second étage (7) onduleur destiné à être raccordé à la batterie (2) et des moyens (8) de commande du courant moyen circulant entre le premier étage (6) et le second étage (7). Le dispositif (1) est destiné à être monté dans un véhicule automobile équipé d'un système de traction électrique comportant une machine électrique à réluctance commutée, et le second étage (7) onduleur comprend l'onduleur de commande (70) du système de traction du véhicule automobile et au moins une inductance de filtrage (14) couplée entre le premier étage (6) redresseur et l'onduleur de commande (70) du système de traction.

Description

Dispositif de charge pour véhicule électrique avec une chaîne de traction à machine à réluctance commutée L'invention concerne la charge d'une batterie d'un véhicule électrique à partir d'un réseau d'alimentation monophasé ou triphasé, et plus particulièrement un dispositif de charge, intégré à un véhicule à traction électrique équipé d'une machine à réluctance commutée. Une machine à réluctance est un type de moteur électrique qui met en oeuvre des pôles magnétiques non permanents sur le rotor ferromagnétique. Le couple est généré par le phénomène de réluctance magnétique. La réluctance est analogue à la résistance électrique d'un circuit, mais quantifie l'énergie magnétique stockée. Plus précisément, la réluctance permet de quantifier l'aptitude d'un circuit magnétique à s'opposer à sa pénétration par un champ magnétique. Elle correspond au rapport entre la force magnétomotrice appliquée à un circuit magnétique et le flux d'induction produit. Les machines à réluctance et notamment les machines réluctance commutée à double saillance présentent l'avantage majeur de pouvoir délivrer de fortes densités de puissance à un faible coût énergétique, et ce au meilleur niveau. Cette performance fait de ces machines à réluctance une solution avantageuse pour les chaînes de traction de véhicules électriques. Une machine à réluctance commutée à double saillance représente en effet une alternative économiquement intéressante aux technologies usuelles pour la traction électrique. Un des inconvénients majeurs du véhicule électrique, quelque soit le type de machine électrique utilisée, concerne sa disponibilité. En effet, lorsque sa batterie est déchargée, le véhicule électrique reste indisponible pendant toute la durée de recharge, qui peut atteindre plusieurs heures. Afin de diminuer la durée de recharge de la batterie, il est connu d'augmenter la puissance de charge en accroissant le courant prélevé sur le réseau, par exemple en prélevant le courant sur un réseau triphasé plutôt que sur un réseau monophasé, la puissance de charge étant supérieure lorsque le courant est prélevé à partir d'un réseau d'alimentation triphasé. Étant donnée la topologie d'onduleur spécifique qu'exigent les machines électriques à réluctance, le dispositif de charge intégrée utilisé pour une machine électrique à excitation sinusoïdale tel que décrite dans le document FR 2 943 188 n'est pas directement exploitable en l'état. En effet, pour commander une machine électrique à reluctance à n phases, chaque phase est raccordée entre un bras hacheur élévateur de tension et un bras abaisseur de tension d'un onduleur de commande, chaque bras comprenant un transistor bipolaire à grille isolée, noté IGBT, et une diode. Les principales différences avec une machine à excitation sinusoïdale sont que, d'une part, les bobines statoriques de chaque phase sont indépendantes, il n'y a donc pas de point neutre de sortie, et, d'autre part, l'impédance du bobinage d'une phase est extrêmement dépendante de la position du rotor de part la saillance. Le rapport entre l'inductance maximale, obtenue lorsqu'une dent rotorique est en conjonction avec une dent statorique, et l'inductance minimale, obtenue lorsqu'une dent rotorique est en opposition avec la dent statorique est classiquement de 10. Une autre différence provient du fait qu'une machine à reluctance triphasée comprend six bornes de connexions électriques, soit deux par phase comme pour toute machine à bobinages statoriques ouverts. Par conséquent, il n'est pas réaliste d'utiliser le bobinage statorique d'une machine électrique à reluctance comme inductance de filtrage. Il est connu, notamment dans le document WO 2012/143642, des véhicules intégrant des machines électriques à bobinage statorique ouvert similaire à celui d'une machine à réluctance. Dans ces véhicules, les machines électriques sont utilisées comme moyens de filtrage et ne permettent donc pas d'avoir la saillance nécessaire au niveau du rotor pour avoir une machine à réluctance commutée.

Dans d'autres documents, notamment dans les documents EP 0 603 778, US 5 099 186 et JP 2007/062642, le point neutre de la machine est utilisé. Par conséquent, les stators de ces machines ne sont pas compatibles avec ceux d'une machine à réluctance commutée, ou bien elles reconfigurent la chaîne de traction à l'aide de contacteurs aussi bien pour une configuration de charge que pour une configuration de traction, ce qui représente un poste de coût important en plus de contraintes d'implantation importantes. Cela rend caduque la compétitivité de la solution. L'invention a donc pour but de résoudre les inconvénients mentionnés ci-dessus, et en particulier, de proposer un dispositif de charge intégré permettant de charger directement à partir d'une source d'alimentation, sans utiliser de contacteur, une batterie de véhicule automobile équipé d'une chaîne de traction comportant une machine à réluctance commutée à double saillance. L'invention a donc pour objet, selon un premier aspect, un dispositif de charge embarqué d'une batterie d'un véhicule automobile à traction électrique ou hybride, le dispositif comprenant un premier étage redresseur destiné à être raccordé directement à une source d'alimentation, un second étage onduleur destiné à être raccordé à la batterie et des moyens de commande du courant moyen circulant entre le premier étage et le second étage. Selon une caractéristique générale de l'invention, le dispositif est destiné à être monté dans un véhicule automobile équipé d'un système de traction électrique comportant une machine électrique à réluctance commutée, et le second étage onduleur comprend l'étage onduleur du système de traction du véhicule et au moins une inductance de filtrage couplée entre le premier étage redresseur et l'onduleur du système de traction du véhicule. L'inductance de filtrage couplée entre le premier étage redresseur et l'onduleur de commande peut être utilisée comme filtre tampon d'énergie lors de la charge de la batterie.

Même si à première vue, une telle configuration est plus contraignante pour l'inductance additionnelle de filtrage car le bobinage statorique du moteur n'est pas utilisé, on s'affranchit de l'influence de la capacité de mode commun du bobinage statorique du moteur qui imposerait un filtrage de mode commun important pour limiter les courants générés dans le circuit de terre lors de la phase de recharge. Ainsi, la capacité de mode commun globale est très réduite alors qu'elle est beaucoup plus importante dans le cas où le stator est un élément du filtrage. De fait, si l'inductance intermédiaire de filtrage est plus importante, cela permet d'éviter un filtrage de mode commun qui serait plus volumineux. L'utilisation d'une inductance dédiée, l'inductance de filtrage en l'occurrence, permet de maîtriser son impédance y compris pour des fréquences de commutation supérieures à celle utilisée en mode traction. De fait, les pertes fer et joules sont davantage maîtrisées et une montée en fréquence de commutation en phase de recharge n'est pas perturbée par l'impédance statorique de la machine ainsi que sa variabilité. De préférence, le dispositif comprend des moyens de raccordement aptes à raccorder directement le premier étage redresseur à la source d'alimentation sans utiliser de contacteur, la source d'alimentation pouvant être un réseau d'alimentation triphasé ou un réseau d'alimentation monophasé ou encore une source d'alimentation continue.

Avantageusement, le second étage onduleur peut comprendre un nombre d'inductances de filtrage correspondant au nombre de phases de la machine à réluctance commutée du système de traction, chaque inductance de filtrage étant raccordée à une phase distincte de la machine électrique à réluctance commutée Chaque inductance de filtrage est raccordée à un circuit parallèle de l'onduleur de commande qui commande une phase de la machine électrique à réluctance commutée lors de la phase de roulage du véhicule automobile.

Les inductances de filtrage sont de préférence de valeurs identiques. Le courant en sortie de l'étage redresseur est ainsi partagé équitablement entre chacune des phases tout en permettant d'appliquer à chaque circuit parallèle de l'onduleur de commande une commande de même fréquence et de même rapport cyclique mais déphasée de 27c d'un circuit parallèle à l'autre, n étant le nombre d'inductances ou de circuits parallèles utilisés lors de la charge de la batterie. Une telle configuration comprenant un second étage onduleur comportant une inductance de filtrage par phase permet de limiter le volume global de chaque inductance de filtrage et de réduire la fréquence de commutation des circuits parallèles de l'onduleur de commande par rapport à celle du premier étage redresseur dans un rapport n. Cela permet d'utiliser une technologie de transistor à faible tension de saturation et de fait d'améliorer le rendement de l'ensemble aussi bien en charge qu'en roulage. Dans une alternative, le dispositif peut être destiné en outre à la génération d'énergie électrique par la batterie vers la source d'alimentation et comprendre un moyen d'inversion de polarité de la batterie couplé entre le second étage onduleur et la batterie.

Les moyens d'inversion de polarité de la batterie permettent de rendre le dispositif bidirectionnel vu depuis la source d'alimentation, c'est-à-dire que le dispositif est capable de charger la batterie à partir de la source d'alimentation ou de décharger la batterie dans la source d' alimentation.

Les moyens d'inversion de polarité de la batterie peuvent comprendre un montage croisé de deux diodes et deux transistors. Avantageusement, le premier étage peut comprendre au moins une diode de roue libre. La diode de roue libre, si elle peut être fonctionnellement éliminée au profit d'un court-circuit d'un bras du premier étage redresseur, présente l'avantage de réduire les pertes par conduction notamment lors des phases de roue libre.

En effet, la dissipation dans une diode est bien moindre que lorsque le courant doit circuler dans deux diodes et deux transistors en série. Elle présente également un avantage au niveau de la sécurité du fonctionnement en cas de dérive ou de perte de contrôle. En effet, la procédure se limite à ordonner un blocage de tous les transistors et le courant des bobines statoriques peut alors continuer de circuler au travers de cette diode. Dans une autre alternative, le dispositif peut être destiné en outre à la génération d'énergie électrique par la batterie vers la source d'alimentation, le premier étage redresseur comprenant pour cela des premiers moyens de redressement commandés aptes à redresser le courant dans un premier sens passant et des seconds moyens de redressement commandés aptes à redresser le courant dans un second sens passant opposé au premier sens passant.

Le premier étage redresseur permet ainsi de rendre le dispositif bidirectionnel vu depuis la source d'alimentation, c'est-à-dire que le dispositif est capable de charger la batterie à partir de la source d' alimentation ou de décharger la batterie dans la source d' alimentation.

Dans ce mode de réalisation, le premier étage redresseur comprend un circuit de roue libre couplé en parallèle à la sortie des premiers moyens de redressement commandés et des seconds moyens de redressement commandés, le circuit de roue libre comportant deux branches raccordées en parallèle, chaque branche comportant une diode et un transistor couplés en série, la diode d'une branche étant montée dans un sens de circulation du courant opposé à la diode de l'autre branche. Le circuit de roue libre permet de réduire les pertes lors des phases de roue libre.

Avantageusement, les moyens de commande peuvent comprendre des moyens de régulation aptes à réguler le courant moyen circulant entre le premier étage et le second étage autour d'une valeur de courant élaborée à partir du courant maximum fourni par la source d'alimentation et en fonction d'un coefficient au moins égal à un rapport entre la tension maximale redressée par le premier étage et la tension de la batterie. Les moyens de régulation permettent d'ajuster en permanence le courant moyen minimal de sortie du premier étage redresseur, en fonction de la tension de la batterie, c'est-à-dire en fonction de son niveau de charge, plutôt que de laisser ce courant en permanence à sa valeur la plus élevée. On améliore ainsi le rendement du premier étage redresseur en réduisant les pertes par commutation des transistors du premier étage qui commutent un courant moindre.

On obtient ainsi une tension moyenne en sortie du premier étage redresseur inférieure à la tension de la batterie. Le second étage onduleur, constitué de l'onduleur de traction du véhicule automobile, permet alors de contrôler le courant injecté dans la batterie. Le dispositif peut également comprendre des moyens de filtrage intégrés au véhicule aptes à filtrer le courant de la source d'alimentation absorbé par le dispositif pendant la charge de la batterie. Le courant prélevé sur le réseau d'alimentation triphasé peut être essentiellement filtré par des capacités d'entrée, ainsi que par un filtre de compatibilité électromagnétique (CEM) pour que ce courant satisfasse le gabarit harmonique des contraintes de raccordement en réseau. Les moyens de filtrage intégrés au véhicule peuvent avantageusement comprendre des moyens de protection aptes à protéger le circuit de courants d'appel trop importants lors du raccordement du dispositif à la source d'alimentation. Les moyens de protection peuvent comprendre un triac pour chaque phase du réseau d'alimentation, ou un montage équivalent à un triac, tel qu'un montage anti-parallèle de deux thyristors.

L'invention a également pour objet, selon un second aspect, un véhicule automobile équipé d'un système de traction électrique comportant une machine à réluctance commutée à double saillance comprenant un dispositif de charge embarqué tel que défini ci-dessus.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation d'un dispositif de charge et d'un mode de mise en oeuvre selon l'invention, nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 représente, de manière schématique, un dispositif de charge d'une batterie d'un véhicule électrique équipé d'un système de traction comportant une machine électrique à réluctance commutée à double saillance selon un mode de réalisation ; la figure 2 illustre, de manière plus détaillée, un premier mode de réalisation d'un dispositif de charge d'une batterie de la figure 1 ; la figure 3 présente un exemple de moyens de commande pour le dispositif de charge de la figure 1 raccordé à une source d'alimentation ; la figure 4 présente, de manière plus détaillée, un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de charge d'une batterie de la figure 1 ; la figure 5 représente, de manière plus détaillée, un troisième mode de réalisation d'un dispositif de charge d'une batterie de la figure 1 ; la figure 6 représente, de manière plus détaillée, un quatrième mode de réalisation d'un dispositif de charge d'une batterie de la figure 1 ; la figure 7 présente un organigramme d'un procédé de charge selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. Sur la figure 1, est représenté, de manière schématique, un dispositif 1 de charge d'une batterie 2 d'un véhicule automobile électrique équipé d'un système de traction comportant une machine électrique à réluctance commutée à double saillance. Le dispositif 1 est par ailleurs couplé à une source d'alimentation 3.

Ce dispositif de charge 1 est un dispositif intégré, c'est-à-dire dont certains composants sont utilisés pour la fonction de charge et de traction. C'est un moyen de réduire le volume de la fonction recharge, et, de fait, pouvoir embarquer à bord du véhicule un chargeur puissant.

Il est destiné à assurer la charge de la batterie 2 afin de fournir l'énergie nécessaire à la propulsion. Il est en outre destiné à assurer la charge de la batterie 2 à partir d'un réseau d'alimentation monophasé, ou bien à partir d'un réseau d'alimentation triphasé, ou encore à partir d'une source de courant continue comme un panneau photovoltaïque ou une batterie débarquée. Le dispositif 1 de charge comprend des moyens de raccordement 4 permettant de raccorder le dispositif 1 de charge au réseau d'alimentation 3. Il comprend également des moyens de filtrage 5 couplés directement en sortie des moyens de raccordement 4 et permettant de filtrer le courant de la source d'alimentation 3, et notamment du réseau d'alimentation, prélevé par le dispositif 1. Le dispositif 1 comprend, par ailleurs, un étage d'entrée redresseur 6 couplé à la sortie des moyens de filtrage 5 et permettant de redresser le courant issu de la source d'alimentation 3 dans le cas où le courant est alternatif, et un étage de sortie onduleur 7 raccordé à la batterie 2. L'étage d'entrée 6 et l'étage de sortie 7 sont commandés par des premiers et seconds moyens de commandes respectifs 8 et 9 qui peuvent être indépendants. Les premiers moyens de commande 8 de l'étage d'entrée 6 reçoivent en entrée un signal issu d'un module 10 de mesure du courant de sortie de l'étage d'entrée 6. Sur la figure 2, est représenté, de manière détaillée, un premier mode de réalisation d'un dispositif 1 de charge d'une batterie 2. Le dispositif 1 comprend trois phases disponibles. Les trois phases peuvent être couplées à un réseau d'alimentation triphasé, ou un réseau d'alimentation monophasé, ou encore à une source de courant continue. Dans ces deux derniers cas, seules deux phases disponibles sont utilisées, et la troisième phase disponible n'est pas utilisée.

Comme on le voit sur la figure 2, les moyens de filtrage 5 comprennent un filtre 5a de compatibilité électromagnétique (CEM), ainsi que des capacités de filtrage 5b. Le filtre 5a CEM est, par exemple, un filtre à inductances et à capacités de mode commun permettant de filtrer les impulsions de courant générées par les transistors des étages d'entrée 6 et de sortie 7 du dispositif 1. Les moyens de filtrage 5 permettent de filtrer, via un circuit de filtrage différentiel, le courant ainsi absorbé de sorte que le courant satisfasse notamment aux contraintes de raccordement au réseau imposées par les exploitants de réseaux en termes d'harmoniques. Au lieu d'une disposition des capacités dite « en étoile », il est également possible de disposer les capacités 5b selon une disposition dite « en triangle » (non représentée), c'est-à-dire en disposant les capacités entre chaque phase et le neutre à la sortie des moyens de filtrage 5a CEM. On diminue ainsi la valeur de courant qui les traverse. L'étage d'entrée 6 redresseur comprend un circuit de redressement comprenant des diodes 11 couplées en série avec des transistors 12. Le circuit de redressement comprend trois branches couplées parallèlement l'une à l'autre. Chacune des branches comprend un montage en série comportant successivement une diode 11, deux transistors 12, et une diode 11. Les deux diodes 11 sont montées dans le même sens passant. Chaque branche est également couplée à une phase, le couplage s'effectuant entre les deux transistors 12. L'étage d'entrée 6 redresseur comprend en outre une diode de roue libre 13 couplée en parallèle à la sortie du circuit de redressement. Dans le cas où le dispositif 1 est raccordé à un réseau triphasé, il est possible de prévoir l'ajout d'un couplage pour le fil de neutre du réseau d'alimentation triphasé. Dans ce cas, une seconde diode de roue libre est ajoutée à l'étage d'entrée 6 redresseur, ainsi qu'une capacité de filtrage du neutre disposée entre le fil du neutre et le point commun C des capacités de filtrage 5b. Cette dernière capacité permet d'effectuer un filtrage entre le fil du neutre et les phases. Cette seconde diode de roue libre est couplée en série avant la première diode de roue libre 13 dans le sens passant. Le fil de neutre est couplé à la branche ainsi formée par la première diode de roue libre 13 et la seconde diode de roue libre branchées en série, le couplage étant réalisé entre les deux diodes de roue libre. Dans un cas où les capacités de filtrage 5b sont montées selon une disposition dite « en triangle », il n'est pas utile de prévoir la capacité de filtrage du neutre.

Comme illustré sur la figure 2, l'étage d'entrée 6 redresseur est couplé en sortie à un module 10 de mesure du courant issu de l'étage d'entrée 6, tel qu'un capteur de courant, en vue de réguler ce courant par la commande 8 de l'étage d'entrée 6 redresseur. L'étage de sortie 7 onduleur comprend une bobine de filtrage 14 dont l'entrée est couplée à la sortie du module de mesure 10 et dont la sortie est couplée à un onduleur de commande 70 d'une machine à réluctance commutée à double saillance. L'onduleur de commande 70 de l'étage de sortie 7 est couplé en sortie à la batterie 2. L'étage de sortie 7 onduleur comprend donc des éléments dédiés à la traction du véhicule électrique. Le courant issu de l'inductance de charge 14 est alors divisé dans des circuits de commande 71 de l'onduleur de commande 70 couplés en parallèle. Sur la figure 2, un circuit de commande 71 a été représenté en trait fort, et un autre en trait fin raccordé par des tirets au reste du dispositif 1 pour indiquer qu'une pluralité de circuits de commande 71 peuvent être intégrés à l'onduleur de commande 70. Le nombre de circuits de commande 71 dépend du nombre de phases de la machine à réluctance commutée à double saillance. Chaque circuit de commande 71 de l'onduleur de commande 70 comprend une phase, représentée par une inductance L sur la figure 2, de la machine à réluctance commutée à double saillance, un bras hacheur élévateur de tension 72 et un bras abaisseur de tension 73, chaque bras comprenant une diode 15 et un transistor bipolaire à grille isolée 16, noté IGBT en anglais, couplés en série. La phase L d'un circuit de commande 71 est raccordée entre le bras élévateur 72 et le bras abaisseur 73, le raccordement étant effectué entre la diode 15 et le transistor IGBT 16 de chaque bras. Les diodes 15 du bras élévateur 72 et du bras abaisseur 73 sont montées dans le même sens passant. La diode 15 d'un bras 72 ou 73 est couplée à une de ses bornes au transistor IGBT 16 du même bras 72 ou 73 et à l'autre de ses bornes au transistor IGBT 16 de l'autre bras 73 ou 72 du circuit de commande 71. L'optimisation du dispositif 1 consiste à ajuster en permanence le courant moyen minimal de sortie de l'étage d'entrée 6 redresseur, en fonction de la tension de la batterie 2 plutôt que de laisser ce courant en permanence à sa valeur la plus élevée. On améliore ainsi le rendement de l'étage d'entrée 6 redresseur en réduisant les pertes par commutation des transistors 12 qui commutent un courant moindre.

Dans ces conditions, on obtient une tension moyenne en sortie de l'étage d'entrée 6 redresseur, c'est-à-dire aux bornes de la diode de roue libre 13, inférieure à la tension de la batterie 2. L'étage de sortie 7 onduleur, constitué de l'onduleur de traction, et de l'inductance de filtrage 14 permet de contrôler le courant délivré à la batterie 2.

L'utilisation d'une inductance de filtrage 14 permet de maîtriser son impédance y compris pour des fréquences de commutation supérieures à celle utilisée en mode traction. De fait, les pertes fer et par effet Joule sont davantage maîtrisées par conception pour une montée en fréquence de commutation en phase de recharge et ne sont pas perturbées par l'impédance statorique de la machine ainsi que sa variabilité. Plus particulièrement, la faible tension moyenne est due aux phases de roue libre, c'est-à-dire de conduction, de la diode de roue libre 13, pendant lesquelles la tension à ses bornes est quasi nulle, à la chute de tension de la jonction de la diode 13 près. Il est ainsi possible de commander séquentiellement chaque transistor 12 de l'étage d'entrée 6 redresseur avec les phases de roue libre, grâce aux premiers moyens de commande 8 de l'étage d'entrée. L'étage d'entrée 6 redresseur peut donc être commandé directement en réglant un rapport cyclique d'un signal de commutation de transistors 12, ou en utilisant une boucle de régulation et en réglant le rapport cyclique du signal de commutation. Il est, par exemple, possible d'optimiser le spectre de la tension aux bornes de la diode de roue libre 13. Cette tension est alors mieux filtrée par l'inductance de filtrage 14 du dispositif 1. Il est également possible de minimiser le nombre de commutations et donc les pertes générées par l'étage d'entrée 6 redresseur. Par contre, la tension produite dans ce cas contient des harmoniques à plus basses fréquences qui seront donc moins filtrées par la bobine de charge 14. Les premiers moyens de commande 8 de l'étage d'entrée commandent le courant prélevé sur le réseau d'alimentation triphasé par des rapports cycliques des impulsions de courant qui sont appliquées sur les électrodes de commande des transistors 12 de l'étage d'entrée 6 redresseur. L'étage de sortie 7 a pour fonction de fournir un courant défini de charge dans la batterie, nécessairement inférieur au courant moyen issu de l'étage d'entrée 6 redresseur, à partir du courant régulé issu de l'étage d'entrée 6 redresseur Afin de limiter le spectre harmonique des courants qui circulent dans la batterie, chaque circuit de commande 71 de l'étage de sortie peut aussi être commandé par des seconds moyens de commande 9 qui peuvent être indépendants des moyens de commande 8 de l'étage d'entrée. La phase de l'impulsion de chaque circuit de commande 72 de l'étage de sortie 7 est, par exemple, décalée d'un tiers de période. Chaque circuit de commande 71 de l'étage de sortie 7 peut être piloté individuellement avec une boucle de régulation qui lui est propre, ou collectivement, c'est-à-dire que le même rapport cyclique est appliqué sur la commande de chaque branche. Sur la figure 3, est représenté un exemple de moyen de régulation 20 compris dans les premiers moyens de commande 8 de l'étage d'entrée 6 redresseur.

Les moyens de régulation 20 reçoivent en entrée le courant IDC de sortie de l'étage d'entrée 6 redresseur, mesuré par le module de mesure 10. Des moyens de comparaison 21 déterminent alors l'écart entre le courant ICC de sortie de l'étage d'entrée 6 ainsi mesuré et une valeur de courant de référence ICC ref à laquelle on souhaite réguler le courant Inc. La valeur du courant de référence IDC ref peut être une valeur constante ou être modifiée en fonction de la tension de la batterie. L'écart ainsi calculé par les moyens de comparaison 21 est délivré à un module de régulation 22 qui applique alors une correction, telle qu'une correction de type proportionnelle intégrale qui permet de délivrer en sortie l'amplitude souhaitée du courant du réseau d'alimentation, image de la puissance du réseau d'alimention. L'amplitude de courant ainsi délivrée par le module de régulation 22 est multipliée, grâce à des moyens de calcul 23, à la tension du réseau d'alimentation préalablement synchronisée par des moyens de synchronisation 24. Les moyens de calcul 23 délivrent alors en sortie une consigne de courant du réseau d'alimentation à des moyens de contrôle 25 aptes à élaborer une stratégie de commande des transistors 12 de l'étage d'entrée 6 redresseur. Sur la figure 4, est représenté, de manière détaillée, un deuxième mode de réalisation d'un dispositif 1 de charge d'une batterie 2. Sur cette figure, les éléments identiques à ceux décrits précédemment portent la même référence numérique. Le principe de fonctionnement général reste identique à celui du premier mode de réalisation du dispositif 1 présenté sur la figure 2. Le dispositif 1 diffère du premier mode de réalisation en ce que l'étage de sortie 7 onduleur comprend une inductance de filtrage 14 par phase L de la machine à réluctance commutée à double saillance au lieu d'une seule inductance de filtrage 14. Chaque inductance de filtrage est couplée entre la diode 15 et le transistor IGBT 16 d'un bras élévateur de tension 72 d'un circuit de commande 71 de l'onduleur de commande 70 de la machine à réluctance commutée à double saillance. Les inductances de filtrage 14 possèdent des valeurs identiques de sorte que le courant entrant dans l'étage de sortie 7 soit partagé équitablement entre chacune des inductances de filtrage 14 tout en permettant d'appliquer à chaque circuit de commande 71 de l'étage de sortie 7 onduleur une commande de même fréquence et de même rapport cyclique mais déphasée de -27c d'un circuit de commande 70 à l'autre, n étant le nombre de circuits de commande 70 utilisés lors de la charge de la batterie 2. La configuration de ce deuxième mode de réalisation permet de limiter le volume global de chaque inductance de filtrage 14 et de réduire la fréquence de commutation des circuits de commande 70 de l'étage de sortie 7 onduleur par rapport à celle de l'étage d'entrée 6 redresseur dans un rapport n. Cela permet d'utiliser une technologie de transistor à faible tension de saturation et de fait d'améliorer le rendement de l'ensemble aussi bien en charge qu'en roulage. Sur la figure 5, a été représenté un troisième mode de réalisation d'un dispositif 1 de charge d'une batterie 2. Sur cette figure, les éléments identiques à ceux décrits précédemment portent la même référence numérique. Dans ce mode de réalisation, le dispositif 1 est destiné en outre à la génération d'énergie électrique par la batterie 2 vers la source d'alimentation 3. Pour cela, le dispositif 1 diffère du premier mode de réalisation illustré sur la figure 2 en ce que l'étage de sortie 7 onduleur comprend en outre un circuit 30 d'inversion de polarité de la batterie 2 monté entre l'onduleur de commande 70 de la machine à réluctance commutée à double saillance et la batterie 2. Le circuit 30 d'inversion de polarité comprend un montage croisé de deux diodes 31 et de deux transistors IGBT 32. Le circuit 30 d'inversion de polarité de la batterie 2 permet de rendre le dispositif 1 de charge bidirectionnel vu depuis la source d'alimentation 3, c'est-à-dire que le dispositif 1 est capable de charger la batterie 2 à partir de la source d'alimentation 3 ou de décharger la batterie 2 dans la source d'alimentation 3. Sur la figure 6, a été représenté un quatrième mode de réalisation d'un dispositif 1 de charge d'une batterie 2 de la figure 1.

Sur cette figure, les éléments identiques à ceux décrits précédemment portent la même référence numérique. Dans ce mode de réalisation également, le dispositif 1 est destiné en outre à la génération d'énergie électrique par la batterie 2 vers la source d'alimentation 3. Pour cela, le dispositif 1 diffère du premier mode de réalisation illustré sur la figure 2 en ce que l'étage d'entrée 6 redresseur comprend un circuit de redressement commandé apte à redresser le courant dans un premier sens passant et un second circuit de redressement commandé apte à redresser le courant dans un second sens passant opposé au premier sens passant.

Le premier circuit de redressement 61 comprend trois branches identiques couplées en parallèle. Chacune des branches comprend un montage en série comprenant successivement une diode 11a, deux transistors 12a, et une diode 11a, les diodes 1 la des trois branches étant passantes dans un premier sens de circulation du courant. Chaque branche est également couplée à une phase distincte, le couplage s'effectuant entre les deux transistors 12a. Le second circuit de redressement 62 comprend également trois branches identiques couplées en parallèle. Chacune des branches comprend un montage en série comprenant successivement une diode 11b, deux transistors 12b, et une diode 11b, les diodes llb des trois branches étant passantes dans un second sens de circulation du courant opposé au premier sens. Chaque branche est également couplée à une phase distincte, le couplage s'effectuant entre les deux transistors 12b. Le premier et le deuxième circuits de redressement 61 et 62 sont couplés ensemble de manière à former un unique circuit comprenant six branches de redressement et deux branches de roue libre. Le premier étage redresseur 6 permet ainsi de rendre le dispositif 1 bidirectionnel vu depuis la source d'alimentation.

Comme cela est illustré sur la figure 6, l'étage d'entrée 6 redresseur du dispositif 1 peut comprendre un circuit de roue libre 130 couplé en parallèle à la sortie du premier et du second circuits de redressement. Le circuit de roue libre 130, qui est optionnel, représente un interrupteur quatre quadrants commandé, qui doit être commandé selon le sens du courant dans l'inductance. Il comporte deux branches raccordées en parallèle, chaque branche comportant une diode 131 et un transistor 132 couplé en série, la diode 131 d'une branche étant montée dans un sens de circulation du courant opposé à la diode 131 de l'autre branche. Le circuit de roue libre 130 permet ainsi de réduire les pertes lors des phases de roue libre. Sur la figure 7, est représenté un organigramme d'un procédé de charge d'une batterie d'un véhicule électrique.

Dans une première étape 701, on raccorde l'étage d'entrée 6 redresseur du dispositif 1 de charge d'une batterie 2 à une source d'alimention 3 via les moyens de filtrage 5 et les moyens de raccordements 4. Aucun contacteur n' est nécessaire pour le raccordement.

Dans une étape suivante 702, on filtre le courant du réseau d'alimentation absorbé à l'aide de moyens de filtrage 5 comprenant un filtre CEM 5a et des capacités 51) afin que le courant satisfasse le gabarit en harmoniques des contraintes de raccordement au réseau d' alimentation.

Dans une étape suivante 703, on mesure le courant ICC en sortie de l'étage d'entrée 6 redresseur. A partir de cette mesure, on régule, dans une étape suivante 704, le courant ICC de sortie de l'étage d'entrée en commandant les transistors 12 de l'étage d'entrée 6. Enfin, dans une étape 705, on stoppe la charge de la batterie 2 du véhicule électrique une fois que la tension de charge de la batterie 2 est maximale. Le dispositif 1 de charge embarqué permet ainsi la charge d'une batterie d'un véhicule automobile équipé d'un système de traction électrique comportant une machine à réluctance, et notamment une machine à réluctance commutée à double saillance. Par ailleurs, le dispositif 1 permet d'alimenter une charge à partir d'un véhicule automobile, en triphasé ou en monophasé, sans avoir besoin de contacteurs qui permettent de configurer le circuit en charge ou roulage. Le dispositif 1 permet également de renvoyer de l'énergie électrique générée par le dispositif 1 vers une source d'alimentation 3 qui y est raccordée dans la mesure où un moyen d'inversion de polarité tel que décrit en référence aux figures 5 et 6 est implanté. Le dispositif 1 de charge ainsi décrit permet de s'affranchir de la contrainte qui exige que la tension de la batterie soit en permanence supérieure à la tension maximale du réseau d'alimentation. Il offre, de plus, la possibilité de permettre le fonctionnement du dispositif 1 en mode de charge ou en mode de traction sans devoir utiliser de contacteurs pour la commutation des modes de fonctionnement. Il permet enfin une charge plus rapide de la batterie 2 grâce à une puissance de charge proche de la puissance de traction.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de charge embarqué d'une batterie (2) d'un véhicule automobile à traction électrique, le dispositif comprenant un premier étage (6) redresseur destiné à être raccordé à une source d'alimentation (3), un second étage (7) onduleur destiné à être raccordé à la batterie (2) et des moyens (8) de commande du courant moyen circulant entre le premier étage (6) et le second étage (7), caractérisé en ce que le dispositif (1) est destiné à être monté dans un véhicule automobile équipé d'un système de traction électrique comportant une machine électrique à réluctance commutée, et en ce que le second étage (7) onduleur comprend l'onduleur de commande (70) du système de traction du véhicule automobile et au moins une inductance de filtrage (14) couplée entre le premier étage (6) redresseur et l'onduleur de commande (70) du système de traction.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de raccordement (4) aptes à raccorder le premier étage (6) redresseur à la source d'alimentation (3), la source d'alimentation (3) étant un réseau d'alimentation triphasé ou un réseau d' alimentation monophasé ou encore une source d' alimentation continue.
3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le second étage (7) onduleur comprend un nombre d'inductances de filtrage (14) correspondant au nombre de phases (L) de la machine à réluctance commutée du système de traction, chaque inductance de filtrage (14) étant raccordée à une phase (L) distincte de la machine électrique à réluctance commutée.
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 destiné en outre à la génération d'énergie électrique par la batterie (2) vers la source d'alimentation (3), caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (30) d'inversion de polarité de la batterie couplé entre le second étage (7) onduleur et la batterie (2).
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier étage (6) redresseur comprend au moins une diode de roue libre (13).
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 destiné en outre à la génération d'énergie électrique par la batterie (2) vers la source d'alimentation (3), caractérisé en ce que le premier étage (6) redresseur comprend des premiers moyens (61) de redressement commandés aptes à redresser le courant dans un premier sens passant et des seconds moyens (62) de redressement commandés aptes à redresser le courant dans un second sens passant opposé au premier sens passant.
7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le premier étage (6) redresseur comprend un circuit de roue libre (130) couplé en parallèle à la sortie des premiers moyens (61) de redressement commandés et des seconds moyens (62) de redressement commandés, le circuit de roue libre comportant deux branches raccordées en parallèle, chaque branche (130) comportant une diode (131) et un transistor (132) couplés en série, la diode (131) d'une branche étant montée dans un sens de circulation du courant opposé à la diode (131) de l'autre branche.
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les moyens de commande (8) comprennent des moyens de régulation aptes à réguler le courant moyen circulant entre le premier étage (6) et le second étage (7) autour d'une valeur de courant élaborée à partir du courant maximum fourni par la source d'alimentation (3) et en fonction d'un coefficient au moins égal à un rapport entre la tension maximale redressée par le premier étage (6) et la tension de la batterie (2).
9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de filtrage (5) intégrés au véhicule aptes à filtrer le courant de la source d'alimentation (3) absorbé par le dispositif (1) pendant la charge de la batterie (2).
10. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de filtrage (5) intégrés au véhicule comprennent des moyensde protection aptes à protéger le circuit de pics de courant lors du raccordement du dispositif (1) à la source d'alimentation (3).
11. 11. Véhicule automobile équipé d'un système de traction électrique comportant une machine à réluctance commutée à double saillance, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (1) de charge embarqué selon l'une des revendications 1 à 10.