FR3144947A1

FR3144947A1 - Dispositif de charge d’une batterie d’un véhicule électrique.

Info

Publication number: FR3144947A1
Application number: FR2300414A
Authority: FR
Inventors: Philippe SERRECCHIA; Jérôme LACHAIZE
Original assignee: Vitesco Technologies
Current assignee: Vitesco Technologies
Priority date: 2023-01-17
Filing date: 2023-01-17
Publication date: 2024-07-19
Also published as: WO2024153542A1; CN120641290A

Abstract

L’invention concerne un dispositif électronique adapté pour être dans un premier véhicule électrique (10), le dispositif comportant des moyens de couplage (20), des premiers moyens d’adaptation (30), des seconds moyens de stockage de l’énergie électrique (60), des moyens de conversion et de contrôle (70) couplés à l’aide de cinquièmes moyens de liaison (104) aux seconds moyens de stockage de l’énergie électrique (60), et aux moyens de transmission et propulsion (80), caractérisé en ce que les moyens de conversion et de contrôle (70) sont adaptés pour, soit coupler directement les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique (60) aux moyens de couplage (20) à l’aide de cinquièmes moyens de liaison (104), soit coupler les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique (60) aux moyens de couplage (20) via les premiers moyens d’adaptation (30) et les moyens redresseur (50). Figure pour l’abrégé : Fig 1.

Description

Dispositif de charge d’une batterie d’un véhicule électrique.

L’invention se rapporte au domaine du véhicule électrique et plus particulièrement à un dispositif de charge d’une batterie d’un véhicule électrique par un autre véhicule électrique. L’invention concerne également un procédé de contrôle de la charge d’au moins une batterie d’un véhicule électrique par un autre véhicule électrique.

Le véhicule électrique est de plus en plus commun sur nos routes et bénéficie d’un engouement important des automobilistes. Cependant, la recharge de la batterie du véhicule électrique est un point bloquant à son développement et représente un enjeu stratégique pour les constructeurs d’automobiles. En effet, le temps de recharge de la batterie, la disponibilité et la localisation des infrastructures pour recharger la voiture électrique, tous ces points bloquants font que le véhicule électrique n’est pas encore aussi facile d’utilisation qu’un véhicule à moteur à combustion freinant ainsi son développement.

Il existe principalement deux types de techniques ou infrastructures pour recharger une batterie d’un véhicule électrique. La première est une charge domestique reliant le véhicule électrique au réseau monophasé domestique (prise domestique 220 Volts) qui présente l’avantage d’être universelle mais qui nécessite un temps de recharge relativement long.

La seconde est une recharge via une borne de recharge rapide disposée, par exemple, sur un parking de supermarché. Ce type de recharge pour son déploiement nécessite des investissements relativement lourds ; cependant elle présente l’avantage de permettre une charge de la batterie du véhicule électrique beaucoup plus rapide.

En outre, il existe principalement deux types de chargeurs de batteries pour véhicules électriques. Le premier est un chargeur de batterie dit « chargeur embarqué » dans le véhicule électrique qui est parfois nommé « on board charger ». Ce dernier est principalement utilisé lors de la connexion au réseau domestique et a pour rôle de convertir la tension dudit réseau électrique (tension alternative) en une tension adaptée pour la batterie du véhicule (tension continue).

Le chargeur embarqué présente comme inconvénient d’être volumineux et il comprend, en outre, un nombre non négligeable d’étages électronique de conversion et/ou d’adaptation de tension correspondant à la conversion de la tension alternative en tension continue nécessaire à la charge de la batterie.

Le second type de chargeur est un chargeur de batterie externe au véhicule électrique qui est parfois nommé « off board chargeur ». Le chargeur externe présente l’avantage d’être installé sur la borne de recharge et non dans le véhicule électrique et donc n’occupe pas de place dans le véhicule.

Cependant, le chargeur embarqué comme le chargeur externe présentent l’inconvénient commun de la nécessité d’un réseau électrique à disposition et proche du véhicule électrique. En effet, pour un chargeur embarqué il est nécessaire d’avoir à proximité du véhicule électrique une prise domestique reliée au réseau électrique et pour le chargeur externe d’avoir une borne de recharge rapide à proximité. Ainsi, avec ces deux types de chargeurs il est nécessaire d’avoir une source d’énergie fixe à proximité du véhicule électrique pour pouvoir recharger la batterie.

En outre, le chargeur embarqué nécessite un nombre important d’étages de conversion électrique afin de rendre compatible la tension du réseau électrique avec la tension de la batterie engendrant des pertes de conversion non négligeables et donc un allongement du temps de charge de la batterie du véhicule électrique.

Un objectif de l’invention est de proposer un dispositif de recharge d’un véhicule électrique ne nécessitant pas la présence d’une source d’énergie électrique fixe à proximité et présentant un niveau des pertes de conversion plus faible que celles de l’art antérieur.

L’invention concerne un dispositif électronique adapté pour être dans un premier véhicule électrique, le dispositif comportant des moyens de couplage, des premiers moyens d’adaptation couplés aux moyens de couplage à l’aide d’un deuxième moyen de liaison, les premiers moyens d’adaptation étant également couplés à des moyens redresseur à l’aide d’un quatrième moyen de liaison, des seconds moyens de stockage de l’énergie électrique adaptés pour stocker une énergie électrique, des moyens de conversion et de contrôle couplés à l’aide d’un troisième moyen de liaison aux moyens de couplage, les moyens de conversion et de contrôle étant en outre couplés à l’aide de cinquièmes moyens de liaison aux seconds moyens de stockage de l’énergie électrique, et aux moyens de transmission et propulsion. Les moyens de conversion et de contrôle sont adaptés pour, soit coupler directement les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique aux moyens de couplage à l’aide de cinquièmes moyens de liaison, soit coupler les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique aux moyens de couplage via les premiers moyens d’adaptation et les moyens redresseur.

Grâce au dispositif de l’invention, il est possible de charger une batterie de la première voiture électrique par une seconde voiture électrique.

Par exemple, les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique sont une batterie électrique haute tension, par exemple de 800volts.

Dans un exemple de réalisations, les moyens de conversion et de contrôle sont des commutateurs forte puissance.

Dans un autre exemple de réalisation, le dispositif électronique comporte en outre un convertisseur de tension continue/continue disposé entre les moyens de conversion et de contrôle et les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique. Permettant une optimisation des pertes par conversions.

Par exemple, le convertisseur de tension continue/continue est adapté pour adapter des niveaux de tension générés par les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique.

Dans un exemple de réalisation, le convertisseur de tension continue/continue est adapté pour isoler galvaniquement les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique des moyens de conversion et de contrôle.

En variante, le convertisseur de tension continue/continue est un convertisseur présentant un faible niveau de pertes par conversions.

Dans un second aspect de l’invention, il est proposé un procédé de commande et de charge d’une batterie haute tension d’un second véhicule électrique couplé à un dispositif électronique. Le procédé comporte les étapes suivantes :

une première étape E1) consistant à coupler à l’aide de premiers moyens de liaison du premier véhicule électrique un second véhicule électrique audit premier véhicule électrique,
une deuxième étape E2), consistant à lancer un protocole de communication entre le second véhicule électrique et le premier véhicule électrique pour permettre l’identification d’un véhicule donneur et d’un véhicule receveur,
une troisième étape E3) consistant à identifier une configuration interne d’un chargeur du véhicule donneur, et dans le cas où, le véhicule receveur est adapté pour recevoir une charge électrique continue flottante alors d’exécuter une quatrième étape E4), et dans le cas où, le véhicule receveur est adapté pour recevoir une charge électrique continue référencée alors d’exécuter une cinquième étape E5), et dans le cas où le véhicule receveur n’est adapté ni pour recevoir une charge électrique continue référencée, ni une charge électrique continue flottante d’exécuter une sixième étape E6).
la quatrième étape E4) consistant à commander les moyens de connexions et de contrôles du premier véhicule électrique afin de court circuiter les premiers moyens d’adaptation et les moyens redresseur afin de relier électriquement à l’aide des cinquièmes moyens de liaison les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique aux moyens de couplage,
la cinquième étape E5) consistant à commander les moyens de conversion et de contrôle du premier véhicule électrique afin de coupler directement le convertisseur aux moyens de conversion et de contrôle et aux seconds moyens de stockage de l’énergie électrique,
la sixième étape E6) consistant à ne pas activer les moyens de connexion et de contrôle du premier véhicule électrique afin de ne pas détériorer les véhicules électriques.

Par exemple, les moyens de conversion et de contrôle du premier véhicule électrique sont commandés à l’aide d’un calculateur.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

La est une illustration structurelle d’un véhicule électrique selon l’invention,

La est une illustration structurelle d’une variante d’un véhicule électrique selon l’invention,

La présente une illustration du procédé selon l’invention.

En référence à la , il est représenté un premier véhicule électrique 10 et ses principales fonctions bien connues de l’homme du métier.

Le véhicule électrique 10 selon la présente invention comporte de manière générale et non limitative des moyens de couplage 20 adaptés pour coupler à l’aide d’un premier moyen de liaison 100 le véhicule électrique 10 à une source d’énergie électrique extérieure 200.

Par exemple, la source d’énergie électrique extérieure 200 peut être une prise de courant classique d’une maison reliée au réseau électrique domestique délivrant 220 volts alternatif.

En variante, pour éviter d’endommager à long terme la prise de courant classique de la maison, la source d’énergie électrique extérieure 200 peut être une prise renforcée toujours connectée au réseau électrique de la maison. Cette prise renforcée est adaptée au passage d’un courant plus fort permettant une diminution du temps de recharge.

En variante, la source d’énergie électrique extérieure 200 peut être une borne de recharge murale dédiée située toujours dans la maison. Avantageusement, cette borne de recharge murale est spécialement conçue pour alimenter la voiture en électricité via le réseau de la maison mais adaptée pour délivrer une puissance électrique plus importante afin de diminuer encore plus le temps de recharge.

Enfin, dans un autre exemple d’utilisation la source d’énergie électrique extérieure 200 peut être une borne de recharge rapide située sur un parking de supermarché. Avantageusement, ce type de borne de recharge rapide permet le passage d’une forte puissance à l’aide d’un courant continu contrairement aux variantes précédentes qui sont utilisées uniquement pour un courant alternatif. Ainsi, il est possible de diminuer par 10 ou 20 le temps de recharge.

Le premier moyen de liaison 100 reliant les moyens de couplage 20 à la source d’énergie électrique extérieure 200 sont dans le cas où, la source d’énergie électrique extérieure 200 est une prise de courant classique d’une maison, un câble électrique universel pouvant être celui livré avec le véhicule électrique 10 et adapté pour brancher le véhicule électrique 10 sur la prise électrique de la maison. Ce type de câble (ainsi que la prise) est aussi nommé câble de mode 2.

Dans le cas où, la source d’énergie électrique extérieure 200 est une borne de recharge murale dédiée, le premier moyen de liaison 100 peut être un câble électrique de type mode 3. Ce type de câble présente une connectique et un diamètre de câble permettant une recharge plus rapide du véhicule électrique 10.

Dans le cas où, la source d’énergie électrique extérieure 200 est une borne de recharge rapide publique, le premier moyen de liaison 100 est par exemple un câble dédié de type mode 4 ; dans ce cas, ledit câble est celui de la borne de recharge rapide et non celui du véhicule électrique.

Le véhicule électrique 10 comporte, des premiers moyens d’adaptation 30 couplés aux moyens de couplage 20 à l’aide d’un deuxième moyen de liaison 101. Les premiers moyens d’adaptation 30 sont également couplés à des moyens redresseur 50 à l’aide d’un quatrième moyen de liaison 103.

Le véhicule électrique 10 comporte également des premiers moyens de stockage de l’énergie électrique 40 et des seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60. Par exemple, les premiers moyens de stockage de l’énergie électrique 40 sont une batterie basse tension et les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60 sont une batterie haute tension. Des solutions d’adaptations du niveau de tension et de puissance entre les deux batteries permettant de recharger la batterie basse tension par la batterie haute tension sont connues de l’homme de l’art.

Le véhicule électrique 10 comporte également des moyens de conversion et de contrôle 70 couplés à l’aide d’un troisième moyen de liaison 102 aux moyens de couplage 20.

Les moyens de conversion et de contrôle 70 sont également couplés à l’aide de cinquièmes moyens de liaison 104 aux seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60, et lesdits moyens de conversion et de contrôle 70 sont également couplés aux moyens de transmission et propulsion 80.

Comme illustré à la , les moyens de conversion et de contrôle 70 sont couplés en parallèle avec les premiers moyens d’adaptation 30 et les moyens redresseur 50. En d’autres termes, les moyens de conversion et de contrôle 70 sont adaptés pour, soit coupler directement les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60 aux moyens de couplage 20 à l’aide de cinquièmes moyens de liaison 104, soit coupler les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60 aux moyens de couplage 20 via les premiers moyens d’adaptation 30 et les moyens redresseur 50.

Les premiers moyens de stockage de l’énergie électrique 40 sont par exemple une batterie présentant une valeur de tension disponible de l’ordre de 12 volts et adaptée pour fournir une tension de réseau de bord du véhicule électrique 10.

Les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60 sont par exemple une batterie électrique haute tension. La batterie électrique peut être dans un exemple de réalisation une batterie de 400 V ou 800V. La technologie de la batterie n’exerce aucune influence sur l’invention et donc ne sera pas détaillée dans la suite de la description. La batterie peut être par exemple une batterie lithium ion, ou lithium métal polymère ou lithium ion polymère.

Les premiers moyens d’adaptation 30 sont par exemple un convertisseur de tension alternative en tension continue ou convertisseur AC/DC en Anglais.

Dans le cas où le véhicule électrique 10 est couplé via les premiers moyens de liaison 100 à l’aide d’un câble du type mode 2 ou mode 3 alors les premiers moyens d’adaptation 30 et les moyens redresseur 50 sont adaptés pour convertir un courant alternatif délivré par la source d’énergie électrique 200 en un courant continu adapté pour recharger les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60.

Dans le cas où le véhicule électrique 10 est branché à la source d’énergie électrique 200 à l’aide d’un câble de type mode 2 ou mode 3, c’est-à-dire qu’un courant alternatif est utilisé alors les moyens de conversion et de contrôle 70 sont adaptés pour gérer la puissance fournie par le chargeur embarqué afin de recharger les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60. Ils peuvent par exemple comporter un calculateur de puissance adapté pour gérer la compatibilité des puissances entre les différents modules du véhicule électrique 10.

Dans un premier exemple de réalisation, les moyens de conversion et de contrôle 70 sont adaptés pour court circuiter les premiers moyens d’adaptation 30 et les moyens redresseur 50 afin de coupler électriquement à l’aide des cinquièmes moyens de liaison 104 les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60 aux moyens de couplage 20.

Par exemple, les moyens de conversion et de contrôle 70 comportent des commutateurs adaptés pour commuter de forte puissance électrique. Par exemple, les commutateurs peuvent être commandés en fonction d’une stratégie déterminée par un calculateur. Ainsi, grâce à l’invention, il est possible de transférer l’énergie stockée dans les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60 aux moyens de couplage 20 afin par exemple de recharger un autre véhicule électrique compatible ou apte à recevoir ladite énergie.

Dans un second exemple de réalisation tel qu’illustré , le premier véhicule électrique 10 comporte un convertisseur 90 de tension continue/continue disposé entre les moyens de conversion et de contrôle 70 et les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60. Le convertisseur 90 est par exemple adapté pour adapter des niveaux de tension des seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60 et/ou isoler galvaniquement les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60 du premier véhicule électrique 10 d’un autre véhicule électrique qui serait couplé. Le convertisseur 90 de tension continue/continue présente un faible niveau de pertes par conversion.

Les moyens de liaisons 101, 102, 103, et 104 peuvent être un bus de tension continue nommé par l’homme du métier un « BUS DC ».

Comme mentionné plus haut dans la description, il est parfois possible qu’un véhicule électrique se retrouve dans une situation où sa réserve d’énergie disponible est trop faible pour pouvoir arriver par exemple au domicile de son conducteur ou à une borne de recharge publique, mettant l’utilisateur dans une situation relativement compliquée.

Ainsi, l’invention propose comme illustré à la un procédé de commande et de charge d’un second véhicule électrique couplé à une premier véhicule électrique 10 à l’aide des premiers moyens de liaison 100 du premier véhicule électrique 10. Bien entendu les premiers moyens de liaisons peuvent être celui de l’autre véhicule électrique.

Astucieusement, le procédé de l’invention propose durant une première étape E1) de coupler à l’aide des premiers moyens de liaison 100 du premier véhicule électrique 10 un second véhicule électrique audit premier véhicule électrique 10.

Durant une deuxième étape E2), le procédé de l’invention consiste à lancer un protocole de communication entre le second véhicule électrique et le premier véhicule électrique 10 permettant astucieusement d’identifier quel véhicule est un véhicule donneur et quel véhicule est le véhicule receveur.

Durant une troisième étape E3) le procédé consiste à identifier la configuration du véhicule receveur, i.e. le second véhicule électrique. Astucieusement, le procédé propose dans le cas où le second véhicule électrique est adapté pour recevoir une charge électrique continue flottante de passer à une quatrième étape E4). En outre, astucieusement, le procédé propose également, dans le cas où le second véhicule électrique est adapté pour recevoir une charge électrique continue référencée de passer à une cinquième étape E5). Enfin, le procédé propose dans le cas où le second véhicule électrique est adapté pour recevoir ni une charge électrique continue référencée, ni une charge électrique continue flottante de passer à une sixième étape E6).

La quatrième étape E4) du procédé consiste à commander les moyens de connexions et de contrôles 70 du premier véhicule électrique afin de court circuiter les premiers moyens d’adaptation 30 et les moyens redresseur 50 afin de relier électriquement à l’aide des cinquièmes moyens de liaison 104, les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60 aux moyens de couplage 20. Ainsi, il est, grâce au procédé de l’invention, possible de charger directement le second véhicule électrique avec un minimum de pertes.

La cinquième étape E5) du procédé consiste à commander les moyens de connexions et de contrôles 70 du premier véhicule électrique afin de coupler directement le convertisseur 90 aux moyens de conversion et de contrôle 70 et aux seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60, permettant d’instaurer une isolation galvanique entre les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique 60 et les moyens de couplage 20 permettant une charge des seconds moyens de stockage de l’énergie électrique du second véhicule électrique avec un minimum de pertes.

La sixième étape E6) consiste à ne pas activer les moyens de connexions et de contrôles 70 du premier véhicule électrique afin de ne pas détériorer les véhicules électriques.

Le protocole de communication lors d’une charge ne sont pas présentés ici car évidents pour l’homme du métier.

Ainsi, grâce à l’invention, il est possible de recharger la batterie haute tension d’un véhicule électrique couplé à un autre véhicule électrique sans la présence d’une source d’énergie fixe. En outre, il est possible de minimiser les pertes par conversion et donc d’augmenter la capacité de charge de la batterie haute tension.

Claims

Dispositif électronique adapté pour être dans un premier véhicule électrique (10), le dispositif comportant des moyens de couplage (20), des premiers moyens d’adaptation (30) couplés aux moyens de couplage (20) à l’aide d’un deuxième moyen de liaison (101), les premiers moyens d’adaptation (30) étant également couplés à des moyens redresseur (50) à l’aide d’un quatrième moyen de liaison (103), des seconds moyens de stockage de l’énergie électrique (60) adaptés pour stocker une énergie électrique, des moyens de conversion et de contrôle (70) couplés à l’aide d’un troisième moyen de liaison (102) aux moyens de couplage (20), les moyens de conversion et de contrôle (70) étant en outre couplés à l’aide de cinquièmes moyens de liaison (104) aux seconds moyens de stockage de l’énergie électrique (60), et aux moyens de transmission et propulsion (80), caractérisé en ce que les moyens de conversion et de contrôle (70) sont adaptés pour, soit coupler directement les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique (60) aux moyens de couplage (20) à l’aide de cinquièmes moyens de liaison (104), soit coupler les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique (60) aux moyens de couplage (20) via les premiers moyens d’adaptation (30) et les moyens redresseur (50).
Dispositif électronique selon la revendication 1, dans lequel les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique (60) sont une batterie électrique haute tension, par exemple de 800volts.
Dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les moyens de conversion et de contrôle (70) sont des commutateurs forte puissance.
Dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif électronique comporte en outre un convertisseur (90) de tension continue/continue disposé entre les moyens de conversion et de contrôle (70) et les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique (60).
Dispositif électronique selon la revendication 4, dans lequel le convertisseur (90) de tension continue/continue est adapté pour adapter des niveaux de tension générer par les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique (60).
Dispositif électronique selon la revendication 4, dans lequel le convertisseur (90) de tension continue/continue est adapté pour isoler galvaniquement les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique (60) des moyens de conversion et de contrôle (70).
Dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel le convertisseur (90) de tension continue/continue est un convertisseur présentant un faible niveau de pertes par conversions.
Procédé de commande et de charge d’une batterie haute tension d’un second véhicule électrique couplé à un dispositif électronique selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit dispositif électronique étant disposé dans un premier véhicule électrique (10), le procédé comportant les étapes suivantes :
une première étape E1) consistant à coupler à l’aide de premiers moyens de liaison (100) du premier véhicule électrique (10) un second véhicule électrique audit premier véhicule électrique (10),

une deuxième étape E2), consistant à lancer un protocole de communication entre le second véhicule électrique et le premier véhicule électrique (10) pour permettre l’identification d’un véhicule donneur et d’un véhicule receveur,

une troisième étape E3) consistant à identifier une configuration interne d’un chargeur du véhicule donneur, et dans le cas où, le véhicule receveur est adapté pour recevoir une charge électrique continue flottante alors d’exécuter une quatrième étape E4), et dans le cas où, le véhicule receveur est adapté pour recevoir une charge électrique continue référencée alors d’exécuter une cinquième étape E5), et dans le cas où le véhicule receveur n’est adapté ni pour recevoir une charge électrique continue référencée, ni une charge électrique continue flottante d’exécuter une sixième étape E6).

la quatrième étape E4) consistant à commander les moyens de connexions et de contrôles (70) du premier véhicule électrique (10) afin de court circuiter les premiers moyens d’adaptation (30) et les moyens redresseur (50) afin de relier électriquement à l’aide des cinquièmes moyens de liaison (104) les seconds moyens de stockage de l’énergie électrique (60) aux moyens de couplage (20),

la cinquième étape E5) consistant à commander les moyens de conversion et de contrôle (70) du premier véhicule électrique (10) afin de coupler directement le convertisseur (90) aux moyens de conversion et de contrôle (70) et aux seconds moyens de stockage de l’énergie électrique (60),

la sixième étape E6) consistant à ne pas activer les moyens de connexion et de contrôle (70) du premier véhicule électrique (10) afin de ne pas détériorer les véhicules électriques.
Procédé de commande et de charge d’une batterie haute tension selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de conversion et de contrôle (70) du premier véhicule électrique (10) sont commandés à l’aide d’un calculateur.