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WO2024126081A1 - Système de charge pour véhicule électrique ou hybride et véhicule associé - Google Patents

Système de charge pour véhicule électrique ou hybride et véhicule associé Download PDF

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WO2024126081A1
WO2024126081A1 PCT/EP2023/083833 EP2023083833W WO2024126081A1 WO 2024126081 A1 WO2024126081 A1 WO 2024126081A1 EP 2023083833 W EP2023083833 W EP 2023083833W WO 2024126081 A1 WO2024126081 A1 WO 2024126081A1
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WO
WIPO (PCT)
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charging
switch
terminal
positive
voltage
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2023/083833
Other languages
English (en)
Inventor
Maria Agapios
Abdelhakim DEBIB
Bruno MANGIN
Serge Ravary
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ampere SAS
Original Assignee
Ampere SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ampere SAS filed Critical Ampere SAS
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Priority to KR1020257023953A priority patent/KR20250123904A/ko
Priority to EP23814497.6A priority patent/EP4633996A1/fr
Publication of WO2024126081A1 publication Critical patent/WO2024126081A1/fr
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Definitions

  • the present invention relates to the fields of automobiles and
  • F electrotechnics and concerns more precisely a charging system for an electric or hybrid vehicle and a vehicle comprising such a charging system.
  • An electric or hybrid vehicle includes a high-voltage traction battery, which is discharged to power an electric traction motor of the vehicle. This therefore requires a traction battery charging system. Such a system recharges the traction battery by recovering energy when the vehicle brakes, or from a charging station external to the vehicle. However, not all charging stations provide the same type of charge.
  • the vehicle charging system must therefore preferably include several types of chargers depending on the type of charging, for example a charger dedicated to alternating current charging and a device dedicated to direct current charging using an external charger.
  • this voltage booster stage uses the stator inductances of an electric motor of the vehicle and an inverter of the vehicle, this means that this motor and this inverter must be sized to support the charging current of the traction battery, whatever regardless of the voltage level supplied by the charging terminal.
  • this motor and this inverter must be sized to support the charging current of the traction battery, whatever regardless of the voltage level supplied by the charging terminal.
  • the vehicle even if for example for the operation of the vehicle while driving, an electric motor and an inverter supporting a maximum phase current of 130A (Amps) sufficient, the vehicle must integrate an electric motor and an inverter supporting a higher maximum phase current, corresponding to a charging current of the traction battery supplied by a charging terminal with a charging voltage also very high, of the order of 800V (Volts) for example.
  • the present invention aims to remedy at least in part the drawbacks of the prior art by providing a charging system for an electric or hybrid vehicle, and such a vehicle, making it possible to charge a traction battery of the vehicle using a direct current charging terminal, whether the voltage level supplied by the charging terminal is lower or higher than that of the traction battery, without the need for oversizing an electric motor and an inverter of the vehicle, and minimizing electrical losses during this charge.
  • the present invention proposes a charging system for an electric or hybrid vehicle, the vehicle comprising a traction battery, an inverter capable of being connected at the input to the traction battery and connected at the output to a motor with alternating current, the charging system comprising a voltage booster assembly, the charging system further comprising first means of connecting the traction battery to the input of the inverter and second means of connecting a power socket charging at an input of the voltage booster assembly, the charging system being characterized in that it further comprises third connection means capable of directly connecting the traction battery to the charging socket.
  • connection directly we mean that the third connection means are capable of connecting the charging socket to the terminals of the traction battery without going through the voltage booster assembly, only a few conductors or components of zero resistance or almost zero separating the charging socket from the traction battery when the third connection means are used.
  • connection at the input or output of a functional assembly such as the inverter or the voltage booster assembly is understood as a connection to the terminals of this input or respectively of this output, that is to say a parallel connection to this input or respectively this output.
  • the inverter is notably connected at the output (by in relation to its inverter function) to the phase connections of the vehicle's electric motor.
  • the traction battery is understood as a battery powering the inverter and the electric motor when the vehicle is running, unlike a vehicle battery supplying a low voltage electrical network of the vehicle.
  • vehicle for example 14V
  • the traction battery can therefore also be understood as a propulsion battery depending on the electric motor used.
  • the battery referred to in this application is the vehicle's traction battery.
  • motor and inverter in this patent application refer to an electric traction or propulsion motor and a traction or propulsion inverter of the vehicle, unless otherwise indicated.
  • the terms “charge” or “recharge” are considered equivalent in this request.
  • a DC traction battery charging current passes through the voltage booster assembly when the first and second connection means are used, or arrives directly at the traction battery when the first and third connection means are used.
  • the latter case corresponds to charging during which the vehicle is connected to a charging terminal providing a charging voltage greater than a voltage across the traction battery.
  • the charging current coming from such a charging terminal does not suffer electrical losses in the voltage step-up assembly. This also avoids oversizing the electric motor and the vehicle inverter to allow such charging (with a charging voltage higher than the battery voltage), compared to their sizing requirements for driving the vehicle.
  • the charging system comprises the inverter, the motor and means for controlling the inverter and the motor to form the voltage booster assembly. This saves space in the engine compartment, and the cost of specific components to produce this voltage booster assembly.
  • the first connection means comprise at least a first switch, called a positive battery switch, connected by a first of its terminals to a positive terminal of the traction battery and by a second of its terminals to a positive input terminal of the inverter, and a second switch, called a negative battery switch, connected by a first of its terminals to a negative terminal of the traction battery and by a second of its terminals to a negative input terminal of the inverter,
  • the second connection means comprise on the one hand a first switch, called a positive direct current switch, connected by a first of its terminals to a positive terminal of the charging socket and by a second of its terminals to an input terminal positive of the voltage booster assembly, and on the other hand a second switch, called a negative direct current switch, connected by a first of its terminals to a negative terminal of the charging socket and by a second of its terminals to a terminal negative input of the voltage booster assembly, and
  • the third connection means comprise the negative direct current switch and a switch, called a bypass switch, connected by a first of its terminals to the first or second terminal of the positive direct current switch, and by a second of its terminals to the second terminal of the positive battery switch.
  • the positive input terminal of the voltage-boosting assembly is connected to a first terminal of a switch, called a boosting switch, itself connected by a second of its terminals to an inductance of the voltage-boosting assembly .
  • This provides safety while driving, during which this step-up switch is opened, no current being able to pass through the voltage raiser assembly.
  • the second terminal of the step-up switch is connected to a neutral point of the AC motor.
  • the negative terminal of the voltage booster assembly corresponds to the negative terminal of the inverter (in the sense that they are at the same potential).
  • connection explained above concerning the switch terminals are understood as direct connections, that is to say made of components of zero or almost zero resistance having only a conductive function, except possibly having an additional fuse or switch function not being the subject of the invention.
  • This embodiment minimizes the number of switches of the charging system by using the negative direct current switch both for charging the traction battery passing through the voltage booster assembly and for charging the battery not passing through this assembly.
  • These switches are power switches, for example mechanical relays or MOSFET transistors (for “Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”).
  • the first and second terminals of each switch correspond to terminals of this switch distinct from each other.
  • the bypass switch is connected by its first terminal to the first terminal of the positive direct current switch.
  • This preferred variant of realization of the invention makes it possible to avoid having to close the positive direct current relay when charging the traction battery not passing through the voltage booster assembly. Furthermore, when this includes an input capacitor, this variant makes it possible to avoid coupling of this capacitance with a smoothing capacitor connected to the input of the traction battery, this coupling being able to damage the load or the charging system.
  • the bypass switch is connected by its first terminal to the second terminal of the positive direct current switch.
  • the positive direct current switch is closed when charging the traction battery not passing through the voltage booster assembly. This can be advantageous if we go directly from a charge of the traction battery passing through the voltage booster assembly to a charge of the traction battery not passing through the voltage booster assembly, only one switch then having to change status during this transition.
  • the charging system comprises on the one hand means of communication with a direct current charging terminal to which the charging socket is connected, capable of determining a charging voltage delivered by the charging terminal, and on the other hand means for controlling the first, second and third connection means, the control means being capable of closing the positive and negative battery switches as well as the direct current switches positive and negative when the charging voltage determined by the means of communication is lower than a voltage of the traction battery, and being capable of closing the negative direct current and bypass switches when the charging voltage determined by the means of communication is greater than the maximum no-load voltage of the traction battery.
  • the bypass switch is opened or kept open.
  • the positive direct current switch is opened or kept open in the preferred variant of this embodiment of the 'invention.
  • the positive direct current switch is kept closed or closed when the charging voltage determined by the communication means is greater than the voltage of the traction battery.
  • the control means are able to close the positive and negative battery switches as well as the positive and negative direct current switches in the case where the charging voltage determined by the communication means is greater than the voltage of the traction battery but lower at the maximum no-load voltage of the traction battery.
  • the voltage booster assembly further comprises a capacitance, called the booster capacitance, connected by a first of its terminals to the negative input terminal of the voltage booster assembly and by a second of its terminals to the first terminal of the step-up switch.
  • the booster capacitance a capacitance, called the booster capacitance
  • the invention also relates to an electric or hybrid vehicle comprising the charging system according to the invention and the traction battery, characterized in that it further comprises a connection box, the connection box comprising a connected connector electrically to the input of the inverter, a connector electrically connected to the charging socket, a connector electrically connected to the traction battery and a connector electrically connected to the positive input terminal of the voltage booster assembly, and the connection box comprising the positive and negative battery switches, the positive and negative direct current switches and the bypass switch.
  • This box allows for ease of assembly and wiring.
  • connection box also includes a precharging device, a first terminal of which is connected to the positive terminal of the battery and a second terminal is connected to the positive input terminal of the inverter.
  • connection box By “electrically connected” we mean a direct connection without an intermediate switch.
  • the connection box therefore makes it possible to group the main switches of the charging system (except the voltage step-up switch) and to ensure electrical safety around these main switches, particularly when they are mechanical relays.
  • the connection box also makes it easier to maintain these main switches.
  • the electric or hybrid vehicle according to the invention further comprises a smoothing capacitor connected to the output of the voltage booster assembly.
  • This smoothing capacity is therefore connected to the input of the inverter, it is used to smooth the current arriving in the traction battery when the inverter operates as a current rectifier during energy recovery during braking, or when the voltage booster assembly functions as a voltage booster.
  • the electric or hybrid vehicle comprises means for detecting sticking of the bypass switch after charging the traction battery using the bypass switch.
  • This detection makes it possible to prohibit charging of the traction battery using a terminal with an available voltage level lower than that of the traction battery, until this switch is changed.
  • sticking we mean that the switch is kept welded to its terminals if it is a mechanical relay, or a deterioration of the switch which keeps it constantly passing if it is a MOSFET transistor.
  • the electric or hybrid vehicle comprises means for controlling a voltage of the traction battery and a current of the traction battery, the control means being able to open the battery switches positive and negative and/or the positive and negative direct current switches and/or the bypass switch when the control means detect an anomaly.
  • This anomaly is for example a too rapid rise in the voltage of the battery or part of the battery cells.
  • FIG.l illustrates a charging system for a traction battery of an electric or hybrid vehicle according to the invention, in one embodiment of the invention
  • FIG.2 illustrates the position of switches of the charging system of [Fig.l] in a vehicle driving situation
  • FIG.3 illustrates the position of these switches when charging the traction battery with a charging terminal capable of providing at most a voltage lower than the maximum no-load voltage of the traction battery
  • FIG.4 illustrates the position of these switches when charging the traction battery with a charging terminal capable of providing at most a charging voltage greater than the maximum no-load voltage of the traction battery.
  • an electric or hybrid vehicle according to the invention comprises a charging system 1 according to the invention, allowing the recharging of a traction battery 2 of the vehicle.
  • the vehicle comprises a traction inverter 3 and a three-phase electric motor 4 connected to the wheels of the vehicle by a transmission chain, the inverter 3 and the motor 4 being powered by the traction battery 2 to set the vehicle in motion.
  • the vehicle comprises, to connect the traction battery 2 to the inverter 3, a first switch 11, called a positive battery switch, connected by a first of its terminals to a positive terminal of the traction battery 2 and by a second of its terminals to a positive input terminal of the inverter 3, and a second switch 12, called negative battery switch 12, connected by a first of its terminals to a negative terminal of the traction battery 2 and by a second of its terminals to a negative input terminal of the inverter 3.
  • input of the inverter we mean here the part of the inverter receiving a direct current and transmitting a rectified current, that is to say that the input is understood in relation to the inverter function.
  • a smoothing capacity 7 is connected to the input of the inverter. It makes it possible to smooth the current entering the battery 2 when the inverter 3 is used as a current rectifier at the output of the electric motor 4 operating in generator mode.
  • the positive 11 and negative 12 battery switches therefore constitute first means of connecting the traction battery 2 with the input of the inverter 3.
  • the inverter 3 is also directly connected at the output to the electric motor 4 c 'that is to say without an intermediate switch.
  • the vehicle also includes a direct current - direct current converter 30 connected to the terminals of the smoothing capacity 7 and making it possible to recharge a utility battery 31, intended to power consumers of the vehicle (lighting system, etc.).
  • the vehicle also includes a charger 32 capable of recharging the traction battery 2 using an alternating current charging terminal.
  • the charger 32 is connected at the output to the terminals of the smoothing capacity 7 and at the input to a charging socket 33 dedicated to alternating current charging.
  • This charging socket 33 is for example a type 2 connector meeting the IEC 62196 standard (set of standards of the International Electrotechnical Commission).
  • the vehicle also includes a charging socket 8 intended to be connected to a direct current charging terminal.
  • This charging socket 8 is for example a CHAdeMO connector meeting the IEC 61851-23, -24 standard.
  • the vehicle has only one charging socket allowing it to be connected to both a direct current charging terminal and an alternating current charging terminal, for example a Combo DC charging socket meeting the IEC 62196-3 standard.
  • the vehicle only has one charging socket intended exclusively to be connected to a direct current charging terminal.
  • the charging system 1 comprises means 40 for controlling the inverter 3 and the motor 4 to use the assembly 5 of the inverter 3 and the motor 4 as a voltage step-up stage, during charging of the traction battery 2 using a charging voltage supplied by a charging terminal lower than the maximum no-load voltage of the traction battery 2.
  • the stator inductances of the electric motor 4 are used as current storage inductances in the voltage booster assembly 5, these stator inductances discharging into the traction battery 2 through the inverter 3 according to a cyclical switching ratio of the switches of the inverter 3, fixed by the control means 40 , comprising a voltmeter U across the capacity of the elevator 6.
  • a negative terminal of the capacity of the elevator 6 is connected to the negative input terminal of the inverter, and a positive terminal of the capacity of the elevator 6 is connected to the neutral point of the electric motor 4 via a switch 16.
  • the switch 16 called the elevator switch, is connected by a first of its terminals to the positive terminal of the capacity of the elevator 6 and a second of its terminals at the neutral point of the electric motor 4.
  • This booster switch 16 makes it possible to disconnect the capacity of the elevator 6 at the input of the voltage booster assembly 5 outside the charging phases of the traction battery 2 by a terminal external load, in particular this elevator switch 16 is open when the vehicle is driving. Thus when the vehicle is rolling, capacitive coupling of the capacity of the elevator 6 with the electric motor 4 is avoided.
  • the control means 40 of the inverter 3 are for example a microcontroller controlling the switches of the inverter 3, both in traction mode and in vehicle charging mode, when this charging mode uses the elevator function of set 5.
  • Second vehicle connection means make it possible to connect the direct current charging socket 8 to the input of the voltage booster assembly 5.
  • these second connection means include:
  • a switch 13 called a positive direct current switch, connected by a first of its terminals to a positive terminal of the charging socket 8 and by a second of its terminals to the step-up switch 16, and
  • a switch 14 called a negative direct current switch, connected by a first of its terminals to a negative terminal of the charging socket 8 and by a second of its terminals to the negative input terminal of the inverter 3.
  • These second connection means are used to recharge the traction battery 2 via the voltage booster assembly 5 when a charging voltage of a charging terminal to which the charging socket 8 is connected is lower than the maximum no-load voltage of battery 2.
  • third vehicle connection means make it possible to directly connect the direct current charging socket 8 to the traction battery 2, and are used to recharge the latter when a charging voltage from a charging terminal to which the charging socket 8 is connected is greater than the voltage at the terminals of the battery 2.
  • the third connection means comprise the negative direct current switch 14 and a switch 15, called a bypass switch, connected by a first of its terminals to the first terminal of the positive direct current switch 13, and by a second of its terminals to the second terminal of the positive battery switch 11.
  • the bypass switch 15 is connected by the first of its terminals to the second terminal of the positive direct current switch 13, and by the second of its terminals to the second terminal of the positive battery switch 11.
  • the switches 11, 12, 13, 14 and 15 are here mechanical relays, grouped in a connection box 9 of the charging system 1.
  • the connection box also includes a precharging relay 10 connected by one of its terminals to the positive terminal of the traction battery 2 and through the other of its terminals to the positive terminal of the inverter 3.
  • a precharging resistor is connected between the precharging relay 10 and the positive terminal of the battery 2.
  • the precharge relay 10 and the resistance preload form a preload device. It should be noted that other types of precharging devices can be used instead of such a relay and resistance system.
  • connection box 9 The electrical outputs from the connection box 9 are made via electrical connectors 17, 18, 19 and 21.
  • the connector 18 is electrically connected to the input of the inverter 3, the connector 17 is electrically connected to the socket charging 8, the connector 21 is electrically connected to the traction battery 2 and the connector 19 is electrically connected to the positive terminal of the capacity of the elevator 6.
  • the charging system 1 comprises, in this embodiment of the invention, the voltage booster assembly 5, the charger 32, the charging sockets 8 and 33 as well as the connection box 9. It also comprises one or more software and/or hardware modules of a main computer 50 of the vehicle.
  • the main computer 50 includes means of communication with a charging terminal 60 or 70 (referenced in Figures 3 and 4), which form part of the charging system 1.
  • the charging system 1 also includes means for controlling, on the one hand, the second and third connection means and, on the other hand, the elevator switch 16, these control means being present in the main computer 50 of the vehicle .
  • the charging system 1 also includes means for controlling the precharge relay 10 and the positive 11 and negative 12 battery switches, these control means also being present in a management system 20 of the traction battery 2, making possibly integrally part of the charging system 1.
  • the management system 20 of the battery 2 is coupled to a sensor 22 of a current entering the battery 2 (this sensor 22 being connected to the ammeter A in [Fig.1 ]) and a charging voltage supplied by the charging terminal 60, 70 (this sensor 22 being connected to the voltmeter V in [Fig.1]), which allows it to supervise charging of the battery 2.
  • the management system 20 of the battery 2 also includes means for controlling the bypass switch 15 and positive direct current switches 13 and negative 14.
  • the management system 20 of the battery 2 detects a fault during charging , he can interrupt it for safety reasons without intervention from the cal- main cululator 50 of the vehicle.
  • the switches 10, 11, 12, 13, 14, 15 are therefore each controllable by the management system 20 and by the main computer 50 of the vehicle, thus achieving safe redundancy.
  • the elevator switch 16 can be controlled by the main computer 50 and by the control means 40.
  • the main computer 50 detects a potential sticking of one of the switches 10, 11, 12, 13, 14, 15 or 16 used during charging of the traction battery, at the end of this charge, and imposes a degraded operating mode on the vehicle if such sticking is detected.
  • This detection uses, for example, voltage measurements at different points of the charging system 1.
  • the operation of the charging system 1 is now explained in relation to different cases of use of the vehicle, in which the maximum no-load voltage of the traction battery is 800V.
  • the invention can be used with batteries having maximum no-load voltages of different values.
  • FIG.3 illustrates a charging situation for the traction battery 2 using the charging terminal 60 not delivering a voltage level higher than the maximum no-load voltage of the battery.
  • this charging terminal can provide a maximum charging voltage of 400V or 500V. It is assumed, in this example of use of the invention, that the voltage across the battery 2 is greater than a maximum charging voltage delivered by the charging terminal 60.
  • the calculator 50 was able to determine this maximum charging voltage. and the fact that it is lower than the maximum no-load voltage of the battery 2, before charging the battery 2, by communicating with the charging terminal 60.
  • the charging system 1 keeps the switch closed elevator 16, positive direct current switches 13 and negative 14, as well as the positive 11 and negative 12 battery switches.
  • the charging system 1 keeps the bypass switch 15 open. It should be noted that during this charge, the precharge relay 10, managed by the management system 20, is also left open (with the exception of the precharging period preceding this charging of the traction battery 2, in which the precharging relay 10 is closed and the positive battery relay 11 open).
  • the charging voltage applied by the charging terminal 60 is applied to the capacity of the booster 6, and the control means 40 of the inverter control the voltage booster assembly 5 to supply output of this assembly 5 voltage booster (therefore at the input of the inverter), a voltage greater than the voltage of battery 2.
  • FIG.4 illustrates a charging situation for the traction battery 2 using the charging terminal 70 delivering a voltage level of up to 820V.
  • the main computer 50 having communicated with the charging terminal 70, requested a charging voltage higher than the voltage of battery 2, itself lower than 800V (since it needs to be recharged).
  • the charging system 1 keeps open the boost switch 16, and the positive direct current switch 13.
  • the precharge relay 10 is kept open (with the exception of the precharge period preceding this charge of the traction battery 2, in which the precharge relay 10 is closed and the positive battery relay 11 open).
  • the precharge relay 10 keeps the negative current switch 14, the bypass relay 15 as well as the positive 11 and negative 12 battery switches closed.
  • the charging voltage delivered by the charging terminal 70 is directly applied to the terminals of the traction battery 2, without any electrical loss generated by the inverter 3 or the electric motor 4, nor undesirable capacitive effect .
  • the bypass switch 15 is connected by one of its terminals directly to the positive terminal of the capacity of the elevator 6, there is a coupling of the capacity of the elevator 6 with the smoothing capacity 7 which is detrimental to the recharging of the battery 2.
  • the positive direct current switch 13 is kept closed during this charge.

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Abstract

La présente invention concerne un système de charge (1) pour véhicule électrique ou hybride comportant une batterie de traction (2), un onduleur (3) et un moteur (4) à courant alternatif, le système de charge (1) comportant un ensemble élévateur de tension (5), des premiers moyens de connexion (11, 12) de la batterie de traction (2) en entrée de l'onduleur (3) et des deuxièmes moyens de connexion (13, 14) d'une prise de charge (8) en entrée de l'ensemble élévateur de tension (5), le système de charge (1) étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre des troisièmes moyens de connexion (14, 15) aptes à connecter directement la batterie de traction (2) à la prise de charge (8).

Description

Description
Titre de l'invention : Système de charge pour véhicule électrique ou hybride et véhicule associé
[0001] La présente invention se rapporte aux domaines de l’automobile et de
F électrotechnique, et concerne plus précisément un système de charge pour véhicule électrique ou hybride et un véhicule comportant un tel système de charge.
[0002] Un véhicule électrique ou hybride comporte une batterie de traction haute tension, qui se vide pour alimenter un moteur électrique de traction du véhicule. Celui-ci nécessite donc un système de charge de la batterie de traction. Un tel système recharge la batterie de traction en récupérant l’énergie au freinage du véhicule, ou à partir d’une borne de charge externe au véhicule. Or les bornes de charge ne fournissent pas toutes le même type de charge. Le système de charge du véhicule doit donc comporter préférentiellement plusieurs types de chargeurs en fonction du type de charge, par exemple un chargeur dédié à une recharge en courant alternatif et un dispositif dédié à une recharge en courant continu au moyen d’un chargeur externe.
[0003] En répondant à toutes ces contraintes, un tel système de charge peut donc s’avérer très encombrant et très coûteux notamment si l’on ne mutualise pas au maximum certains composants du système de charge. Il est notamment connu d’utiliser les inductances statoriques d’un moteur électrique de traction d’un véhicule électrique, et l’onduleur de traction associé, pour réaliser un étage élévateur de tension d’un chargeur du véhicule, comme décrit par exemple dans le document FR2943188.
[0004] De même afin de diminuer le coût et la complexité du système de charge, il est préférable de n’utiliser qu’une seule prise de charge pour se connecter à une borne de charge en courant continu, quel que soit le niveau de tension que cette borne de charge peut fournir. Or certains véhicules comportent maintenant des batteries de traction de tension maximale à vide bien supérieure au niveau maximal de tension disponible en sortie d’une borne de charge classique, si bien que dans un tel véhicule, la prise de charge pour la recharge en courant continu ne peut plus être directement connectée à la batterie de traction du véhicule, mais doit être connectée en entrée d’un étage élévateur de tension lui-même connecté en sortie à la batterie de traction.
[0005] Lorsque cet étage élévateur de tension utilise les inductances statoriques d’un moteur électrique du véhicule et un onduleur du véhicule, cela signifie que ce moteur et cet onduleur doivent être dimensionnés pour supporter le courant de charge de la batterie de traction, quel que soit le niveau de tension fourni par la borne de charge. Autrement dit, même si par exemple pour le fonctionnement en roulage du véhicule, un moteur électrique et un onduleur supportant un courant de phase maximal de 130A (Ampères) suffisent, le véhicule devra intégrer un moteur électrique et un onduleur supportant un courant de phase maximal plus élevé, correspondant à un courant de charge de la batterie de traction fourni par une borne de charge de tension de charge également très élevée, de l’ordre de 800V (Volts) par exemple.
[0006] De plus, le passage systématique du courant de charge de la batterie de traction par l’étage élévateur de tension induit des pertes électriques dans les composants de l’étage élévateur de tension, même quand sa fonction d’élévateur de tension n’est pas utilisée.
[0007] Enfin la conception d’un tel système de charge est guidée par la minimisation du nombre d’interrupteurs commandés pour réduire le coût du système, son encombrement et sa complexité, mais aussi par la minimisation du nombre d’activations de ces interrupteurs, pour éviter leur usure prématurée.
[0008] La présente invention vise à remédier au moins en partie aux inconvénients de la technique antérieure en fournissant un système de charge d’un véhicule électrique ou hybride, et un tel véhicule, permettant de charger une batterie de traction du véhicule en utilisant une borne de charge en courant continu, que le niveau de tension fourni par la borne de charge soit inférieur ou supérieur à celui de la batterie de traction, sans besoin de surdimensionnement d’un moteur électrique et d’un onduleur du véhicule, et en minimisant les pertes électriques lors de cette charge.
[0009] A cette fin, la présente invention propose un système de charge pour véhicule électrique ou hybride, le véhicule comportant une batterie de traction, un onduleur apte à être connecté en entrée à la batterie de traction et connecté en sortie à un moteur à courant alternatif, le système de charge comportant un ensemble élévateur de tension, le système de charge comportant de plus des premiers moyens de connexion de la batterie de traction à l’entrée de l’onduleur et des deuxièmes moyens de connexion d’une prise de charge à une entrée de l’ensemble élévateur de tension, le système de charge étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre des troisièmes moyens de connexion aptes à connecter directement la batterie de traction à la prise de charge.
[0010] Par « connecter directement », on entend que les troisièmes moyens de connexion sont aptes à connecter la prise de charge aux bornes de la batterie de traction sans passer par l’ensemble élévateur de tension, seuls quelques conducteurs ou composants de résistance nulle ou quasi nulle séparant la prise de charge de la batterie de traction lorsque les troisièmes moyens de connexion sont utilisés.
[0011] De plus dans cette demande de brevet, sauf mention contraire une connexion en entrée ou en sortie d’un ensemble fonctionnel tel que l’onduleur ou l’ensemble élévateur de tension s’entend comme une connexion aux bornes de cette entrée ou respectivement de cette sortie, c’est-à-dire une connexion en parallèle à cette entrée ou respectivement cette sortie. Ici l’onduleur est notamment connecté en sortie (par rapport à sa fonction onduleur) aux connexions de phase du moteur électrique du véhicule.
[0012] Dans cette demande également, la batterie de traction s’entend comme une batterie alimentant l’onduleur et le moteur électrique lors du roulage du véhicule, à la différence d’une batterie de servitude du véhicule alimentant un réseau électrique basse tension du véhicule (par exemple 14V) auquel sont connectés différents consommateurs dont un calculateur principal du véhicule. La batterie de traction peut donc aussi être entendue comme une batterie de propulsion en fonction du moteur électrique utilisé. Sans mention contraire la batterie à laquelle il est fait référence dans cette demande est la batterie de traction du véhicule. De façon similaire, le moteur et l’onduleur dans cette demande de brevet font référence à un moteur électrique de traction ou de propulsion et à un onduleur de traction ou de propulsion du véhicule, en l’absence d’indication contraire. Enfin les termes « charge » ou « recharge » sont considérés comme équivalents dans cette demande.
[0013] Grâce à l’invention, un courant de charge de la batterie de traction en courant continu passe par l’ensemble élévateur de tension lorsque les premiers et deuxièmes moyens de connexion sont utilisés, ou arrive directement à la batterie de traction lorsque les premiers et troisièmes moyens de connexions sont utilisés. Ce dernier cas correspond à une charge pendant laquelle le véhicule est connecté à une borne de charge fournissant une tension de charge supérieure à une tension aux bornes de la batterie de traction. En ne passant pas par l’ensemble élévateur de tension, le courant de charge provenant d’une telle borne de charge ne subit pas de pertes électriques dans l’ensemble élévateur de tension. Cela évite de plus un surdimensionnement du moteur électrique et de l’onduleur du véhicule pour permettre une telle charge (avec une tension de charge supérieure à la tension batterie), par rapport à leurs besoins de dimensionnement pour le roulage du véhicule.
[0014] Préférentiellement, le système de charge comporte l’onduleur, le moteur et des moyens de pilotage de l’onduleur et du moteur pour former l’ensemble élévateur de tension. On économise ainsi de l’espace dans le compartiment moteur, et le coût de composants spécifiques pour réaliser cet ensemble élévateur de tension.
[0015] Dans un mode de réalisation de l’invention, dans le système de charge selon l’invention :
- les premiers moyens de connexion comportent au moins un premier interrupteur, dit interrupteur batterie positif, connecté par un premier de ses terminaux à une borne positive de la batterie de traction et par un deuxième de ses terminaux à une borne d’entrée positive de l’onduleur, et un deuxième interrupteur, dit interrupteur batterie négatif, connecté par un premier de ses terminaux à une borne négative de la batterie de traction et par un deuxième de ses terminaux à une borne d’entrée négative de l’onduleur,
- les deuxièmes moyens de connexion comportent d’une part un premier interrupteur, dit interrupteur courant continu positif, connecté par un premier de ses terminaux à une borne positive de la prise de charge et par un deuxième de ses terminaux à une borne d’entrée positive de l’ensemble élévateur de tension, et d’autre part un deuxième interrupteur, dit interrupteur courant continu négatif, connecté par un premier de ses terminaux à une borne négative de la prise de charge et par un deuxième de ses terminaux à une borne d’entrée négative de l’ensemble élévateur de tension, et
- les troisièmes moyens de connexion comportent l’interrupteur courant continu négatif et un interrupteur, dit interrupteur de contournement, connecté par un premier de ses terminaux au premier ou au deuxième terminal de l’interrupteur courant continu positif, et par un deuxième de ses terminaux au deuxième terminal de l’interrupteur batterie positif. Préférentiellement, la borne d’entrée positive de l’ensemble élévateur de tension est connectée à un premier terminal d’un interrupteur, dit interrupteur élévateur, lui-même connecté par un deuxième de ses terminaux à une inductance de l’ensemble élévateur de tension. Cela amène une sécurité en roulage, pendant lequel on ouvre cet interrupteur élévateur, aucun courant ne pouvant passer alors dans l’ensemble élévateur de tension. Dans le cas où l’ensemble élévateur de tension est formé par l’onduleur et le moteur, le deuxième terminal de l’interrupteur élévateur est connecté à un point neutre du moteur à courant alternatif. De plus dans ce cas la borne négative de l’ensemble élévateur de tension correspond à la borne négative de l’onduleur (dans le sens où ils sont au même potentiel).
[0016] Les connexions exposées ci-dessus concernant les terminaux des interrupteurs, sont comprises comme des connexions directes c’est-à-dire faites de composants de résistance nulle ou quasi nulle n’ayant qu’une fonction conductrice, sauf éventuellement à avoir une fonction fusible ou d’interrupteur additionnel ne faisant pas l’objet de l’invention.
[0017] Ce mode de réalisation minimise le nombre d’interrupteurs du système de charge en utilisant l’interrupteur courant continu négatif à la fois pour une charge de la batterie de traction passant par l’ensemble élévateur de tension et pour une charge de la batterie ne passant pas par cet ensemble. Ces interrupteurs sont des interrupteurs de puissance, par exemple des relais mécaniques ou des transistors MOSFET (pour l’anglais « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor »). Les premier et deuxième terminaux de chaque interrupteur correspondent à des bornes de cet interrupteur distinctes l’une de l’autre.
[0018] Selon une variante préférée de ce mode de réalisation de l’invention, l’interrupteur de contournement est connecté par son premier terminal au premier terminal de l’interrupteur courant continu positif. Cette variante préférée de réalisation de l’invention permet de ne pas nécessiter la fermeture du relais courant continu positif lors d’une charge de la batterie de traction ne passant pas par l’ensemble élévateur de tension. De plus lorsque celui-ci comporte une capacité d’entrée, cette variante permet d’éviter un couplage de cette capacité avec une capacité de lissage connectée en entrée de la batterie de traction, ce couplage pouvant détériorer la charge ou le système de charge.
[0019] Dans une autre variante de ce mode de réalisation de l’invention, l’interrupteur de contournement est connecté par son premier terminal au deuxième terminal de l’interrupteur courant continu positif. Dans ce cas l’interrupteur courant continu positif est fermé lors d’une charge de la batterie de traction ne passant pas par l’ensemble élévateur de tension. Cela peut être avantageux si on passe directement d’une charge de la batterie de traction passant par l’ensemble élévateur de tension à une charge de la batterie de traction ne passant pas par l’ensemble élévateur de tension, un seul interrupteur devant alors changer d’état lors de cette transition.
[0020] Dans ce mode de réalisation de l’invention, le système de charge selon l’invention comporte d’une part des moyens de communication avec une borne de charge en courant continu à laquelle est connectée la prise de charge, aptes à déterminer une tension de charge délivrée par la borne de charge, et d’autre part des moyens de pilotage des premiers, deuxièmes et troisièmes moyens de connexion, les moyens de pilotage étant aptes à fermer les interrupteurs batterie positif et négatif ainsi que les interrupteurs courant continu positif et négatif lorsque la tension de charge déterminée par les moyens de communication est inférieure à une tension de la batterie de traction, et étant aptes à fermer les interrupteurs courant continu négatif et de contournement lorsque la tension de charge déterminée par les moyens de communication est supérieure à la tension maximale à vide de la batterie de traction. Bien sûr dans le cas où la tension de charge déterminée par les moyens de communication est inférieure à la tension de la batterie de traction, l’interrupteur de contournement est ouvert ou maintenu ouvert. De même dans le cas où la tension de charge déterminée par les moyens de communication est supérieure à la tension de la batterie de traction, on ouvre ou on maintient ouvert l’interrupteur courant continu positif dans la variante préférée de ce mode de réalisation de l’invention. Dans l’autre variante au contraire l’interrupteur courant continu positif est maintenu fermé ou fermé lorsque la tension de charge déterminée par les moyens de communication est supérieure à la tension de la batterie de traction. Enfin les moyens de pilotage sont aptes à fermer les interrupteurs batterie positif et négatif ainsi que les interrupteurs courant continu positif et négatif dans le cas où la tension de charge déterminée par les moyens de communication est supérieure à la tension de la batterie de traction mais inférieure à la tension maximale à vide de la batterie de traction. [0021] Préférentiellement, l’ensemble élévateur de tension comporte en outre une capacité, dite capacité de l’élévateur, connectée par une première de ses bornes à la borne d’entrée négative de l’ensemble élévateur de tension et par une deuxième de ses bornes au premier terminal de l’interrupteur élévateur. Cette capacité permet notamment de sécuriser le début d’une charge utilisant l’ensemble élévateur de tension.
[0022] L’invention concerne aussi un véhicule électrique ou hybride comportant le système de charge selon l’invention et la batterie de traction, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un boîter de connexion, le boîtier de connexion comportant un connecteur relié électriquement à l’entrée de l’onduleur, un connecteur relié électriquement à la prise de charge, un connecteur relié électriquement à la batterie de traction et un connecteur relié électriquement à la borne d’entrée positive de l’ensemble élévateur de tension, et le boîtier de connexion comportant les interrupteurs batterie positif et négatif, les interrupteurs courant continu positif et négatif et l’interrupteur de contournement. Ce boîtier permet une facilité de montage et de câblage.
[0023] Le boîtier de connexion comporte également un dispositif de précharge dont un premier terminal est connecté à la borne positive de la batterie et un deuxième terminal est connectée à la borne d’entrée positive de l’onduleur.
[0024] Par « relié électriquement » on entend une connexion directe sans interrupteur intermédiaire. Le boîtier de connexion permet donc de regrouper les interrupteurs principaux du système de charge (sauf l’interrupteur élévateur de tension) et d’assurer la sécurité électrique autour de ces interrupteurs principaux, notamment lorsque ceux- ci sont des relais mécaniques. Le boîtier de connexion permet également de faciliter la maintenance de ces interrupteurs principaux.
[0025] Dans un mode de réalisation de l’invention, le véhicule électrique ou hybride selon l’invention comporte en outre une capacité de lissage connectée en sortie de l’ensemble élévateur de tension. Cette capacité de lissage est donc connectée en entrée de l’onduleur, elle sert à lisser le courant arrivant dans la batterie de traction lorsque l’onduleur fonctionne en redresseur de courant lors d’une récupération d’énergie au freinage, ou lorsque l’ensemble élévateur de tension fonctionne en tant qu’ élévateur de tension.
[0026] Selon une caractéristique avantageuse du véhicule électrique ou hybride selon l’invention, celui-ci comporte des moyens de détection d’un collage de l’interrupteur de contournement après une charge de la batterie de traction utilisant l’interrupteur de contournement. Cette détection permet d’interdire une charge de la batterie de traction en utilisant une borne de niveau de tension disponible inférieure à celui de la batterie de traction, jusqu’à une opération de changement de cet interrupteur. Par « collage » on entend que l’interrupteur est maintenu soudé sur ses terminaux s’il s’agit d’un relais mécanique, ou d’une détérioration de l’interrupteur qui le maintient constamment passant s’il s’agit d’un transistor MOSFET.
[0027] Avantageusement, le véhicule électrique ou hybride selon l’invention comporte des moyens de contrôle d’une tension de la batterie de traction et d’un courant de la batterie de traction, les moyens de contrôle étant aptes à ouvrir les interrupteurs batterie positif et négatif et/ou les interrupteurs courant continu positif et négatif et/ou l’interrupteur de contournement lorsque les moyens de contrôle détectent une anomalie. Cette anomalie est par exemple une élévation trop rapide d’une tension de la batterie ou d’une partie des cellules de la batterie.
[0028] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[0029] [Fig.l] illustre un système de charge d’une batterie de traction d’un véhicule électrique ou hybride selon l’invention, dans un mode de réalisation de l’invention,
[0030] [Fig.2] illustre la position d’interrupteurs du système de charge de la [Fig.l] en situation de roulage du véhicule,
[0031] [Fig.3] illustre la position de ces interrupteurs lors d’une charge de la batterie de traction avec une borne de charge pouvant fournir au maximum une tension inférieure à la tension maximale à vide de la batterie de traction, et
[0032] [Fig.4] illustre la position de ces interrupteurs lors d’une charge de la batterie de traction avec une borne de charge pouvant fournir au maximum une tension de charge supérieure à la tension maximale à vide de la batterie de traction .
[0033] Selon un mode de réalisation de l’invention illustré [Fig.l], un véhicule électrique ou hybride selon l’invention comporte un système de charge 1 selon l’invention, permettant la recharge d’une batterie de traction 2 du véhicule. Le véhicule comporte un onduleur de traction 3 et un moteur électrique 4 triphasé connecté aux roues du véhicule par une chaîne de transmission, l’onduleur 3 et le moteur 4 étant alimentés par la batterie de traction 2 pour mettre en mouvement le véhicule.
[0034] Le véhicule comporte à cet effet, pour connecter la batterie de traction 2 à l’onduleur 3, un premier interrupteur 11, dit interrupteur batterie positif, connecté par un premier de ses terminaux à une borne positive de la batterie de traction 2 et par un deuxième de ses terminaux à une borne d’entrée positive de l’onduleur 3, et un deuxième interrupteur 12, dit interrupteur batterie négatif 12, connecté par un premier de ses terminaux à une borne négative de la batterie de traction 2 et par un deuxième de ses terminaux à une borne d’entrée négative de l’onduleur 3. Par entrée de l’onduleur on entend ici la partie de l’onduleur recevant un courant continu et transmettant un courant redressé c’est-à-dire que l’entrée s’entend par rapport à la fonction onduleur. De même dans cette demande les termes « entrée » ou « sortie » s’entendent par rapport à la fonction du composant ou de l’ensemble électrique auquel on se réfère. Une capacité de lissage 7 est connectée en entrée de l’onduleur. Elle permet de lisser le courant entrant dans la batterie 2 lorsque l’onduleur 3 est utilisé comme redresseur de courant en sortie du moteur électrique 4 fonctionnant en mode générateur.
[0035] Les interrupteurs batterie positif 11 et négatif 12 constituent donc des premiers moyens de connexion de la batterie de traction 2 avec l’entrée de l’onduleur 3. L’onduleur 3 est par ailleurs directement connecté en sortie au moteur électrique 4 c’est-à-dire sans interrupteur intermédiaire.
[0036] Le véhicule comporte également un convertisseur courant continu - courant continu 30 connecté aux bornes de la capacité de lissage 7 et permettant de recharger une batterie de servitude 31, destinée à alimenter des consommateurs du véhicule (système d’éclairage, etc). Le véhicule comporte aussi un chargeur 32 apte à recharger la batterie de traction 2 en utilisant une borne de charge en courant alternatif. Le chargeur 32 est connecté en sortie aux bornes de la capacité de lissage 7 et en entrée à une prise de charge 33 dédiée à la recharge en courant alternatif. Cette prise de charge 33 est par exemple un connecteur de type 2 répondant à la norme CEI 62196 (ensemble de normes de la Commission Electrotechnique Internationale).
[0037] Le véhicule comporte encore une prise de charge 8 destinée à être connectée à une borne de charge en courant continu. Cette prise de charge 8 est par exemple un connecteur CHAdeMO répondant à la norme CEI 61851-23, -24. En variante, le véhicule ne comporte qu’une seule prise de charge permettant à la fois de se connecter sur une borne de charge en courant continu et sur une borne de charge en courant alternatif, par exemple une prise de charge Combo DC répondant à la norme CEI 62196-3. Dans encore une autre variante le véhicule ne comporte qu’une prise de charge destinée exclusivement à être connectée à une borne de charge en courant continu.
[0038] Le système de charge 1 comporte des moyens de pilotage 40 de l’onduleur 3 et du moteur 4 pour utiliser l’ensemble 5 de l’onduleur 3 et du moteur 4 comme un étage élévateur de tension, lors d’une charge de la batterie de traction 2 utilisant une tension de charge fournie par une borne de charge inférieure à la tension maximale à vide de la batterie de traction 2. Dans ce cas les inductances statoriques du moteur électrique 4 sont utilisées comme inductances de stockage de courant dans l’ensemble 5 élévateur de tension, ces inductances statoriques se déchargeant dans la batterie de traction 2 au travers de l’onduleur 3 au gré d’un rapport cyclique de commutation des interrupteurs de l’onduleur 3, fixé par les moyens de pilotage 40, comportant un voltmètre U aux bornes de la capacité de l’élévateur 6.
[0039] Une borne négative de la capacité de l’élévateur 6 est connectée à la borne d’entrée négative de l’onduleur, et une borne positive de la capacité de l’élévateur 6 est connectée au point neutre du moteur électrique 4 par l’intermédiaire d’un interrupteur 16. L’interrupteur 16, dit interrupteur élévateur, est connecté par un premier de ses terminaux à la borne positive de la capacité de l’élévateur 6 et un deuxième de ses terminaux au point neutre du moteur électrique 4. Cet interrupteur élévateur 16 permet de déconnecter la capacité de l’élévateur 6 en entrée de l’ensemble 5 élévateur de tension en dehors des phases de charge de la batterie de traction 2 par une borne de charge externe, notamment cet interrupteur élévateur 16 est ouvert lors du roulage du véhicule. Ainsi lors du roulage du véhicule, on évite un couplage capacitif de la capacité de l’élévateur 6 avec le moteur électrique 4.
[0040] Les moyens de pilotage 40 de l’onduleur 3 sont par exemple un microcontrôleur pilotant les interrupteurs de l’onduleur 3, aussi bien en mode traction qu’en mode charge du véhicule, lorsque ce mode charge utilise la fonction d’élévateur de l’ensemble 5.
[0041] Des deuxièmes moyens de connexion du véhicule permettent de connecter la prise de charge 8 en courant continu à l’entrée de l’ensemble 5 élévateur de tension. Pour cela ces deuxièmes moyens de connexion comportent :
- un interrupteur 13, dit interrupteur courant continu positif, connecté par un premier de ses terminaux à une borne positive de la prise de charge 8 et par un deuxième de ses terminaux à l’interrupteur élévateur 16, et
- un interrupteur 14, dit interrupteur courant continu négatif, connecté par un premier de ses terminaux à une borne négative de la prise de charge 8 et par un deuxième de ses terminaux à la borne d’entrée négative de l’onduleur 3.
[0042] Ces deuxièmes moyens de connexion sont utilisés pour recharger la batterie 2 de traction via l’ensemble 5 élévateur de tension lorsqu’une tension de charge d’une borne de charge à laquelle est connectée la prise de charge 8 est inférieure à la tension maximale à vide de la batterie 2.
[0043] Enfin des troisièmes moyens de connexion du véhicule permettent de connecter directement la prise de charge 8 en courant continu à la batterie de traction 2, et sont utilisés pour recharger celle-ci lorsqu’une tension de charge d’une borne de charge à laquelle est connectée la prise de charge 8 est supérieure à la tension aux bornes de la batterie 2. Les troisièmes moyens de connexion comportent l’interrupteur courant continu négatif 14 et un interrupteur 15, dit interrupteur de contournement, connecté par un premier de ses terminaux au premier terminal de l’interrupteur courant continu positif 13, et par un deuxième de ses terminaux au deuxième terminal de l’interrupteur batterie positif 11. En variante, l’interrupteur de contournement 15 est connecté par le premier de ses terminaux au deuxième terminal de l’interrupteur courant continu positif 13, et par le deuxième de ses terminaux au deuxième terminal de l’interrupteur batterie positif 11. [0044] Les interrupteurs 11, 12, 13, 14 et 15 sont ici des relais mécaniques, regroupés dans un boîtier de connexion 9 du système de charge 1. Le boîtier de connexion comporte également un relais 10 de précharge connecté par un de ses terminaux à la borne positive de la batterie de traction 2 et par l’autre de ses terminaux à la borne positive de l’onduleur 3. Une résistance de précharge est connectée entre le relais de précharge 10 et la borne positive de la batterie 2. Avant toute charge de la batterie 2, on ferme d’abord le relais de précharge 10 pour charger la capacité de lissage 7, puis on ouvre le relais de précharge 10 et on ferme le relais batterie positif 11. Le relais de précharge 10 et la résistance de précharge forment un dispositif de précharge. Il est à noter que d’autres types de dispositifs de précharge sont utilisables en lieu et place d’un tel système de relais et de résistance.
[0045] Les sorties électriques du boîtier de connexion 9 se font par des connecteurs électriques 17, 18, 19 et 21. Le connecteur 18 est relié électriquement à l’entrée de l’onduleur 3, le connecteur 17 est relié électriquement à la prise de charge 8, le connecteur 21 est relié électriquement à la batterie de traction 2 et le connecteur 19 est relié électriquement à la borne positive de la capacité de l’élévateur 6.
[0046] Le système de charge 1 comporte, dans ce mode de réalisation de l’invention, l’ensemble 5 élévateur de tension, le chargeur 32, les prises de charge 8 et 33 ainsi que le boîtier de connexion 9. Il comporte également un ou plusieurs modules logiciels et/ ou matériels d’un calculateur principal 50 du véhicule. Notamment le calculateur principal 50 comporte des moyens de communication avec une borne de charge 60 ou 70 (référencées figures 3 et 4), qui font partie du système de charge 1.
[0047] Le système de charge 1 comporte aussi des moyens de pilotage d’une part des deuxièmes et troisièmes moyens de connexion et d’autre part de l’interrupteur élévateur 16, ces moyens de pilotage étant présents dans le calculateur principal 50 du véhicule.
[0048] Le système de charge 1 comporte également des moyens de pilotage du relais de précharge 10 et des interrupteurs batterie positif 11 et négatif 12, ces moyens de pilotage étant également présents dans un système de gestion 20 de la batterie de traction 2, faisant éventuellement intégralement partie du système de charge 1. Le système de gestion 20 de la batterie 2 est couplé à un capteur 22 d’un courant entrant dans la batterie 2 (ce capteur 22 étant connecté à l’ampèremètre A sur la [Fig.1]) et d’une tension de charge fournie par la borne de charge 60, 70 (ce capteur 22 étant connecté au voltmètre V sur la [Fig.1]), ce qui lui permet de superviser une charge de la batterie 2. Le système de gestion 20 de la batterie 2 comporte également des moyens de pilotage de l’interrupteur de contournement 15 et des interrupteurs courant continu positif 13 et négatif 14. Ainsi lorsque le système de gestion 20 de la batterie 2 détecte un défaut lors de la charge, il peut l’interrompre par sécurité sans intervention du cal- culateur principal 50 du véhicule. Les interrupteurs 10, 11, 12, 13, 14, 15 sont donc chacun contrôlables par le système de gestion 20 et par le calculateur principal 50 du véhicule, réalisant ainsi une redondance sécuritaire. De même l’interrupteur élévateur 16 est contrôlable par le calculateur principal 50 et par les moyens de pilotage 40.
[0049] Pour renforcer encore la sécurité du système de charge 1, le calculateur principal 50 effectue une détection d’un collage potentiel d’un des interrupteurs 10, 11, 12, 13, 14, 15 ou 16 utilisé pendant une charge de la batterie de traction, à la fin de cette charge, et impose un mode de fonctionnement dégradé au véhicule si un tel collage est détecté. Cette détection utilise par exemple des mesures de tension en différents points du système de charge 1.
[0050] Le fonctionnement du système de charge 1 est maintenant expliqué en relation avec différents cas d’usage du véhicule, dans lesquels la tension maximale à vide de la batterie de traction est de 800V. Bien sûr l’invention est utilisable avec des batteries ayant des tensions maximales à vide de valeur différente.
[0051] Lors du roulage du véhicule, comme représenté [Fig.2], les interrupteurs courant continu positif 13 et négatif 14, l’interrupteur de contournement 15, le relais de précharge 10 et l’interrupteur élévateur 16 sont maintenus ouverts par le système de charge 1, tandis que les interrupteurs batterie positif 11 et négatif 12 sont maintenus fermés. Ainsi la batterie de traction 2 alimente l’onduleur 3 et le moteur électrique 4 qui assure la propulsion ou la traction du véhicule. Il est à noter que dans cette situation, l’interrupteur de contournement 15 pourrait être maintenu fermé, par exemple pour limiter son nombre d’activations ou en raison d’un défaut de cet interrupteur, sans détériorer le fonctionnement du véhicule en roulage. Au contraire dans la variante de réalisation où l’interrupteur de contournement 15 est connecté par un de ses terminaux directement à la borne positive de la capacité de l’élévateur 6 (i.e. sans l’interrupteur courant continu positif entre ces deux composants), la fermeture de cet interrupteur induirait un couplage de la capacité de l’élévateur 6 avec le moteur électrique 4, ce qui serait préjudiciable.
[0052] La [Fig.3] illustre une situation de charge de la batterie de traction 2 en utilisant la borne de charge 60 ne délivrant pas un niveau de tension supérieur à la tension maximale à vide de la batterie. Par exemple cette borne de charge peut fournir au maximum une tension de charge de 400V ou de 500V. On suppose, dans cet exemple d’utilisation de l’invention, que la tension aux bornes de la batterie 2 est supérieure à une tension de charge maximale délivrée par la borne de charge 60. Le calculateur 50 a pu déterminer cette tension de charge maximale et le fait qu’elle soit inférieure à la tension maximale à vide de la batterie 2, avant de charger de la batterie 2, en communiquant avec la borne de charge 60. Pendant cette charge, le système de charge 1 maintient fermés l’interrupteur élévateur 16, les interrupteurs courant continu positif 13 et négatif 14, ainsi que les interrupteurs batterie positif 11 et négatif 12. En revanche le système de charge 1 maintient ouvert l’interrupteur de contournement 15. Il est à noter que pendant cette charge, le relais de précharge 10, géré par le système de gestion 20, est également laissé ouvert (à l’exception de la période de précharge précédant cette charge de la batterie de traction 2, dans laquelle le relais de précharge 10 est fermé et le relais batterie positif 11 ouvert).
[0053] Dans cette situation, la tension de charge appliquée par la borne de charge 60 est appliquée à la capacité de l’élévateur 6, et les moyens de pilotage 40 de l’onduleur commandent l’ensemble 5 élévateur de tension pour fournir en sortie de cet ensemble 5 élévateur de tension (donc en entrée de l’onduleur), une tension supérieure à la tension de la batterie 2.
[0054] La [Fig.4] illustre une situation de charge de la batterie de traction 2 en utilisant la borne de charge 70 délivrant un niveau de tension pouvant atteindre 820V. Le calculateur principal 50 ayant communiqué avec la borne de charge 70, a demandé une tension de charge supérieure à la tension de la batterie 2, elle-même inférieure à 800V (puisqu’elle nécessite d’être rechargée). Pendant la charge de la batterie de traction 2 avec cette borne de charge 70, le système de charge 1 maintient ouverts l’interrupteur élévateur 16, et l’interrupteur courant continu positif 13. Pendant cette charge, le relais de précharge 10 est maintenu ouvert (à l’exception de la période de précharge précédant cette charge de la batterie de traction 2, dans laquelle le relais de précharge 10 est fermé et le relais batterie positif 11 ouvert). En revanche il maintient fermé l’interrupteur courant négatif 14, le relais de contournement 15 ainsi que les interrupteurs batterie positif 11 et négatif 12.
[0055] Dans cette situation, la tension de charge délivrée par la borne de charge 70 est directement appliquée aux bornes de la batterie de traction 2, sans aucune perte électrique générée par l’onduleur 3 ou le moteur électrique 4, ni effet capacitif indésirable. Il est à noter qu’en revanche, dans la variante de réalisation où l’interrupteur de contournement 15 est connecté par un de ses terminaux directement à la borne positive de la capacité de l’élévateur 6, il existe un couplage de la capacité de l’élévateur 6 avec la capacité de lissage 7 ce qui est préjudiciable à la recharge de la batterie 2. De plus dans cette variante l’interrupteur courant continu positif 13 est maintenu fermé pendant cette charge.
[0056] Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système de charge (1) pour véhicule électrique ou hybride, le véhicule comportant une batterie de traction (2), un onduleur (3) apte à être connecté en entrée à la batterie de traction (2) et connecté en sortie à un moteur (4) à courant alternatif, le système de charge (1) comportant un ensemble élévateur de tension (5), le système de charge (1) comportant de plus des premiers moyens de connexion (11, 12) de la batterie de traction (2) à l’entrée de l’onduleur (3) et des deuxièmes moyens de connexion (13, 14) d’une prise de charge (8) à une entrée de l’ensemble élévateur de tension (5), le système de charge (1) étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre des troisièmes moyens de connexion (14, 15) aptes à connecter directement la batterie de traction (2) à la prise de charge (8).
[Revendication 2] Système de charge (1) selon la revendication 1, comportant l’onduleur (3), le moteur (4) et des moyens de pilotage (40) de l’onduleur (3) et du moteur (4) pour former l’ensemble élévateur de tension (5).
[Revendication 3] Système de charge (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel :
- les premiers moyens de connexion (11, 12) comportent au moins un premier interrupteur (11), dit interrupteur batterie positif, connecté par un premier de ses terminaux à une borne positive de la batterie de traction (2) et par un deuxième de ses terminaux à une borne d’entrée positive de l’onduleur (3), et un deuxième interrupteur (12), dit interrupteur batterie négatif, connecté par un premier de ses terminaux à une borne négative de la batterie de traction (2) et par un deuxième de ses terminaux à une borne d’entrée négative de l’onduleur (3),
- les deuxièmes moyens de connexion (13, 14) comportent d’une part un premier interrupteur (13), dit interrupteur courant continu positif, connecté par un premier de ses terminaux à une borne positive de la prise de charge (8) et par un deuxième de ses terminaux à une borne d’entrée positive de l’ensemble élévateur de tension (5), et d’autre part un deuxième interrupteur (14), dit interrupteur courant continu négatif, connecté par un premier de ses terminaux à une borne négative de la prise de charge (8) et par un deuxième de ses terminaux à une borne d’entrée négative de l’ensemble élévateur de tension (5), et
- les troisièmes moyens de connexion (14, 15) comportent l’interrupteur courant continu négatif (14) et un interrupteur (15), dit interrupteur de contournement, connecté par un premier de ses terminaux au premier ou au deuxième terminal de l’interrupteur courant continu positif (13), et par un deuxième de ses terminaux au deuxième terminal de l’interrupteur batterie positif (11).
[Revendication 4] Système de charge (1) selon la revendication 3, dans lequel la borne d’entrée positive de l’ensemble élévateur de tension (5) est connectée à un premier terminal d’un interrupteur (16), dit interrupteur élévateur, lui-même connecté par un deuxième de ses terminaux à une inductance de l’ensemble élévateur de tension (5).
[Revendication 5] Système de charge (1) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l’interrupteur de contournement (15) est connecté par son premier terminal au premier terminal de l’interrupteur courant continu positif (13).
[Revendication 6] Système de charge (1) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5 comportant d’une part des moyens de communication (50) avec une borne de charge (60, 70) en courant continu à laquelle est connectée la prise de charge (8), aptes à déterminer une tension de charge délivrée par la borne de charge (60, 70), et d’autre part des moyens de pilotage des premiers, deuxièmes et troisièmes moyens de connexion, les moyens de pilotage étant aptes à fermer les interrupteurs batterie positif (11) et négatif (12) ainsi que les interrupteurs courant continu positif (13) et négatif (14) lorsque la tension de charge déterminée par les moyens de communication (50) est inférieure à une tension de la batterie de traction (2), et étant aptes à fermer les interrupteurs courant continu négatif (14) et de contournement (15) lorsque la tension de charge déterminée par les moyens de communication (50) est supérieure à la tension maximale à vide de la batterie de traction (2).
[Revendication 7] Système de charge (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l’ensemble élévateur de tension (5) comporte en outre une capacité (6), dite capacité de l’élévateur, connectée par une première de ses bornes à la borne d’entrée négative de l’ensemble élévateur de tension (5) et par une deuxième de ses bornes au premier terminal de l’interrupteur élévateur (16).
[Revendication 8] Véhicule électrique ou hybride comportant un système de charge (1) selon l’une quelconque des revendication 3 à 7 et la batterie de traction (2) caractérisé en ce qu’il comporte en outre un boiter de connexion (9), le boîtier de connexion (9) comportant un connecteur (18) relié électriquement à l’entrée de l’onduleur (3), un connecteur (17) relié électriquement à la prise de charge (8), un connecteur (21) relié élec- triquement à la batterie de traction (2) et un connecteur (19) relié électriquement à la borne d’entrée positive de l’ensemble élévateur de tension (5), et dans lequel le boîtier de connexion (9) comporte les interrupteurs batterie positif (11) et négatif (12), les interrupteurs courant continu positif (13) et négatif (14) et l’interrupteur de contournement (15).
[Revendication 9] Véhicule électrique ou hybride selon la revendication 8, comportant des moyens de détection (50) d’un collage de l’interrupteur de contournement (15) après une charge de la batterie de traction (2) utilisant l’interrupteur de contournement (15).
[Revendication 10] Véhicule électrique ou hybride selon la revendication 8 ou 9, comportant des moyens de contrôle (20, 50) d’une tension de la batterie de traction (2) et d’un courant de la batterie de traction (2), les moyens de contrôle (20, 50) étant aptes à ouvrir les interrupteurs batterie positif (11) et négatif (12) et/ou les interrupteurs courant continu positif (13) et négatif (14) et/ou l’interrupteur de contournement (15) lorsque les moyens de contrôle (20, 50, 40) détectent une anomalie.
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