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WO2025120084A1 - Système sécurisé d'alimentation électrique de consommateurs d'un véhicule électrique ou hybride - Google Patents

Système sécurisé d'alimentation électrique de consommateurs d'un véhicule électrique ou hybride Download PDF

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Publication number
WO2025120084A1
WO2025120084A1 PCT/EP2024/084923 EP2024084923W WO2025120084A1 WO 2025120084 A1 WO2025120084 A1 WO 2025120084A1 EP 2024084923 W EP2024084923 W EP 2024084923W WO 2025120084 A1 WO2025120084 A1 WO 2025120084A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle
converter
power supply
traction battery
direct current
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2024/084923
Other languages
English (en)
Inventor
Alain Gascher
Hervé LEROY
Alessandro Monti
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
Publication of WO2025120084A1 publication Critical patent/WO2025120084A1/fr
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/20—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having different nominal voltages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B60L2210/12—Buck converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/08—Three-wire systems; Systems having more than three wires
    • H02J1/082—Plural DC voltage, e.g. DC supply voltage with at least two different DC voltage levels

Definitions

  • the present invention relates to the fields of electricity and the automotive industry, and more specifically concerns an electrical power supply system in an electric or hybrid electric vehicle, intended to power the vehicle's equipment.
  • Electric or hybrid electric vehicles are very often equipped with a lithium-ion battery or equivalent technology, capable of supplying the energy necessary for an electric motor enabling traction or propulsion of the vehicle, possibly in cooperation with a thermal engine.
  • a battery is called a traction battery or high voltage battery because the maximum no-load voltage at its terminals is generally much higher than that of service batteries, usually of the order of 12V (volts).
  • service batteries usually of the order of 12V (volts).
  • some service batteries deliver a voltage of the order of 48V, this value being able to also be the maximum no-load voltage of certain “high voltage” batteries.
  • the service battery In an electric or hybrid electric vehicle, the service battery, often lead-acid, is used to power an on-board network of the vehicle to which the vehicle's computers are connected, as well as low-voltage consumers such as windshield wiper actuators, sensors or small heating resistors.
  • the service battery also guarantees the power supply of safety devices of the vehicle such as braking and steering systems, while the high-voltage battery, which discharges more quickly, is intended to power the vehicle's electric motor, and possibly other high-voltage equipment such as an air conditioning compressor.
  • the electrical network to which this equipment is connected is called the vehicle's "high-voltage" network.
  • the service battery only needs to be changed every three to four years, and is therefore used to power at least the vehicle's consumers during long periods of non-use, i.e. when the vehicle is stationary and switched off. It is then said to be "asleep" because in reality during these periods of non-use, the vehicle's computers have modules that remain activated to monitor the vehicle's environment, such as an alarm, a communication module of a computer to receive radio signals from an ignition key, or messages from a remote server via a wireless communication network, requesting for example the sending of maintenance data or the updating of software.
  • This consumption of vehicles during periods of non-use is also set to grow over time, particularly due to the entry of vehicles into the Internet of Things.
  • the inventors have solved these drawbacks by proposing, in the French patent application with filing number FR2302259, an electrical architecture for an electric or hybrid vehicle, without a lead-acid service battery, the vehicle's on-board network being powered solely by the vehicle's high-voltage battery.
  • one or more direct current - direct current converters upstream of the switches connecting the high-voltage battery to the vehicle's high-voltage network, convert the high voltage at the battery terminals into a low voltage enabling the on-board network consumers to be powered.
  • the direct current - direct current converters are controlled by control units, powered by the vehicle's on-board network.
  • control units are likely to be stopped and not be able to restart even after the nominal voltage on the on-board network has been restored, despite the presence of a supercapacitor connected to the output of the converter(s).
  • the present invention aims to remedy at least in part the drawbacks of the technique by providing an electrical power supply system for equipment of an electric or hybrid vehicle, which is energy-efficient and which makes the power supply of the vehicle's equipment more reliable.
  • the invention proposes a system for supplying electrical power to equipment of an electric or hybrid vehicle, comprising:
  • traction battery capable of providing the energy necessary for the operation of an electric powertrain of the vehicle
  • the electrical power supply system being characterized in that it further comprises:
  • - a voltage step-down stage, connected at the input to the traction battery and at the output to the power supply terminals of the control circuit.
  • the traction battery is capable of operating the electric powertrain, it is therefore a battery of electric accumulators powering an inverter and an electric motor when the vehicle is running, unlike a service battery of the prior art.
  • the battery in the invention can therefore also be understood as a propulsion battery depending on the electric motor used, this being an electric motor allowing the traction or propulsion of the vehicle, possibly in cooperation with another type of motor if the vehicle is hybrid, understood in the sense of “electric hybrid” in this application.
  • upstream or downstream in this application refer to the relative position of electrical components or assemblies with respect to the direction of the current leaving the battery and heading towards the consumers of the vehicle.
  • a first component is upstream of a second component if the current leaving the battery first passes through the first component then the second component before returning to the traction battery, the latter being in discharge.
  • the on-board network does not need to be powered by a service battery as in the prior art. Indeed, in the invention, whether the power switches are closed or open, the on-board network is always capable of being powered by the direct current - direct current converter.
  • the invention thus guarantees safe operation of the vehicle since the vehicle's safety equipment such as braking control, steering control, lighting or demisting systems are powered by the vehicle's on-board network.
  • the invention also applies in the case where the on-board network of the vehicle is powered by a service battery, in addition to the power supplied by the direct current - direct current converter.
  • the invention makes it possible to secure the power supply to the on-board network in the event of a failure of the on-board network requiring the power supply to the on-board network to be cut off by the service battery.
  • the invention therefore makes it possible to maintain control and production of a nominal voltage of the on-board network via the direct current - direct current converter even in the event of a short circuit, by restoring this nominal voltage as soon as the short circuit disappears.
  • the direct current - direct current converter is connected as input to a first set of cells of the traction battery and the voltage step-down stage is connected as input to a second set of cells of the traction battery.
  • the direct current - direct current converter is connected at the input to the traction battery, that is to say it is connected to a first set of cells of the traction battery which can be all of the cells of the traction battery or only some of the cells of the traction battery.
  • the control circuit is connected at the input to a second set of cells of the traction battery which can be all of the cells of the traction battery or only some of the cells of the traction battery.
  • the first set of cells and the second set of cells are identical and comprise all of the cells of the traction battery.
  • a specific balancing device for the battery cells is dispensed with.
  • the voltage step-down stage is preferably of the recovery converter type.
  • Such a type of converter is also called a “flyback” converter. It has the advantage of being simple to implement. In the case of the invention, it uses components adapted to the voltage at the terminals of the traction battery. Of course, other types of voltage step-down converters can be used to implement the voltage step-down stage.
  • the voltage step-down stage comprises at its input a branch comprising a first winding of a transformer and a switch connected in series with the first winding, the branch being connected to terminals of the second set of cells of the traction battery.
  • This branch is called the first branch in the following.
  • the output of the voltage step-down stage comprises, for example, a capacitor and a resistor mounted in parallel with each other at the power supply terminals of the control circuit, the voltage step-down stage further comprising another branch comprising a second winding of the transformer and a diode mounted in series with the second winding, the other branch being connected across the capacitor.
  • the other branch is called the second branch in the following.
  • the ratio between a number of turns of the first winding and a number of turns of the second winding, as well as a chopping frequency of the switch, are preferably determined so as to provide a nominal supply voltage to the control circuit.
  • the direct current - direct current converter is a converter called a rest converter, intended to supply power to the vehicle when the latter is in standby mode
  • the electrical power supply system further comprising at least one direct current - direct current converter called an operating converter, capable of supplying power to the on-board network of the vehicle during operating phases of the vehicle, the operating converter being connected at the input to the traction battery and at the output to the on-board network of the vehicle.
  • the on-board network is powered either by the operating converter or by the rest converter, which allows energy savings.
  • the vehicle’s computers are powered at a minimum by the rest converter to enable them to receive, for example, activation messages only.
  • the rest converter is connected upstream of the power switches, which enables it to always be powered by the first set of battery cells.
  • the devices connected at the input to a set of battery cells are connected without an intermediate converter.
  • a vehicle supervision device for example the vehicle's main computer
  • receives a message from an external server or a user request such as a request to unlock the vehicle it reactivates, reactivates the other computers of the vehicle and the operating converter which in turn supplies the vehicle's on-board network throughout this phase where the supervision device is reactivated, called the operating phase.
  • This may correspond to a vehicle running phase or a "life on board" phase during which the vehicle is stopped but where a user can use, for example, a multimedia environment of the vehicle.
  • the operating converter is connected to the battery upstream or downstream of the power switches, the latter then having to be closed during the entire operating phase in the latter case.
  • the operating converter is connected to the battery upstream of the power switches to avoid safety constraints on maintaining the closure of the relays even when the high voltage network is not used elsewhere or is faulty.
  • the rest converter is capable of supplying a maximum power to the on-board network less than or equal to a maximum consumption power of the on-board network when the vehicle is in standby mode.
  • This maximum power is determined for example by averaging the power consumed on the on-board network during the entire duration of a standby phase of the vehicle and adding a safety margin. It is significantly lower than the power required when the vehicle is in an operating phase (driving or life on board for example).
  • the rest converter is for example sized to supply a few Watts, and at most between 10% and 30% of the nominal power of the on-board network, that is to say of the power consumed by the on-board network in nominal operation, measured for example by averaging the power consumed on the on-board network during the entire duration of an operating phase of the vehicle. This allows savings in terms of hardware resources (small size of the quiescent converter) and in energy consumption (better efficiency at low power of the quiescent converter).
  • the electrical power supply system comprises two operating converters, each connected at the input to all of the cells of the traction battery, or else connected one to a third set of cells of the traction battery and the other to a fourth set of cells of the traction battery, the third set and the fourth set forming a partition of at least part of the traction battery.
  • This feature makes it possible to ensure safe redundancy of the on-board network power supply during the operating phase, and in particular to guarantee the power supply of safety systems such as a braking system or a trajectory control system.
  • the operating converters also operate independently, in particular they each comprise a separate control circuit, which means that in the event of a failure of one of the operating converters, this failure does not cause a malfunction of the other operating converter.
  • the third set and the fourth set are distinct, preferably the third set and the fourth set each comprise half of the cells of the battery.
  • a balancing device then makes it possible to discharge each half of the cells in a quasi-identical manner, this balancing device being able to be software and consist of activating each of the converters for an identical duration, or so that they each supply the same amount of energy to the consumers of the vehicle's on-board network.
  • this balancing device being able to be software and consist of activating each of the converters for an identical duration, or so that they each supply the same amount of energy to the consumers of the vehicle's on-board network.
  • other variant embodiments of the invention are conceivable, for example with more than two operating converters, each powered by all the cells of the battery or by a subset of cells of the battery, the subsets being able to form a partition of the cells of the battery.
  • the first, third and fourth sets of cells of the battery can in particular be entirely superimposed or two by two, or form a partition of
  • each of the operating converters is capable of supplying a nominal power to the on-board network strictly lower than a maximum consumption power of the on-board network when the vehicle is in the operating phase.
  • the consumers of the on-board network consume little electrical energy
  • only one of the operating converters consuming little operating energy (because they are optimized in their design for small loads of the on-board network, which is the most common case in the use of a vehicle), is used to supply the on-board network.
  • the operating converters are sized to each supply half of the maximum consumption power of the on-board network, which is the electrical power supplying the on-board network necessary for the vehicle to operate in all conditions.
  • This maximum power is measured, for example, during a driving phase where all the consumers of the on-board network are activated, and in particular the air conditioning, in extreme weather conditions.
  • their respective nominal powers are between 50 and 90% of the maximum power consumption of the on-board network when the vehicle is in operation.
  • These are, for example, operating converters that can vary from 2kW to 4kW (kilowatts) of nominal power. Limiting them to 2kW instead of 4kW also saves hardware resources while ensuring the safety redundancy mentioned above.
  • the electrical power supply system further preferably comprises an electrical energy storage member connected to the on-board network upstream of a fuse box to which consumers of the on-board network are connected.
  • This energy storage member is for example a supercapacitor integrated in a battery pack according to the invention. It makes it possible to reduce the amplitude of current draws on the on-board network, and to smooth the current during transient phases such as in particular a switch to standby mode, in the operating phase or a change of operating converter to supply the on-board network.
  • this energy storage member is a small lead-free battery such as than a small lithium battery.
  • the electrical power supply system preferably further comprises a voltage step-down stage and a control circuit associated with each operating converter, each voltage step-down stage being connected at the input to the traction battery and at the output to power supply terminals of the control circuit associated with said operating converter.
  • the voltage step-down stage is connected at the input to the terminals of the traction battery or to a subset of the cells of the traction battery.
  • the electrical power supply system according to the invention therefore preferably comprises a voltage step-down stage per operating converter, each operating converter having its own control circuit.
  • This implementation is preferable because it meets robustness and safety requirements for the power supply to the on-board network, due to the independence of the converters in this implementation.
  • the control of each of the operating converters is also robust to a short circuit on the vehicle's on-board network. It should be noted that this implementation requires that all the operating converters be connected at the input upstream of the power switches connecting the high-voltage battery to the high-voltage network.
  • control circuits of the operating converters are supplied by the on-board network.
  • a single voltage step-down stage supplies the control circuits of the operating converters and/or the idle converter.
  • one of the operating converters is connected to the input downstream of the power switches, and is controlled by a control circuit powered by the on-board network itself, and not via a dedicated voltage step-down stage.
  • this operating converter makes it possible to precharge the input capacitors or inductances of equipment such as a charger or an inverter for controlling an electric machine, before connecting this equipment to the battery.
  • a specific precharging system can be dispensed with, in particular if the power switches are power relays.
  • the invention also relates to a battery pack for an electric or hybrid vehicle, comprising a housing housing an electrical power supply system according to the invention, the battery pack comprising two high voltage connection terminals and one low voltage connection terminal.
  • the battery pack has the advantage of securing it, by electrically isolating the high voltage components of the electrical power supply system from the vehicle chassis, and by protecting them from shocks.
  • the operating converters and their control circuits are in particular protected in the battery pack, from the vibration and thermal stresses of the engine compartment.
  • the electrical power supply system according to the invention comprises an operating converter downstream of the power switches, the latter is arranged outside the battery pack.
  • the battery pack comprises two low-voltage connections, i.e. a low-voltage connection for supplying the safety systems and the other for supplying the safety and non-safety systems. It should be noted that the battery pack is also connected to the ground of the vehicle, to connect one of the outputs of each operating or rest converter.
  • the invention finally relates to a vehicle equipped with an electrical power supply system according to the invention, integrated for example in the battery pack according to the invention.
  • the vehicle further comprises a monitoring device capable of managing the consumption of vehicle equipment during operating phases.
  • the battery pack according to the invention and the vehicle according to the invention have advantages similar to those of the electrical power supply system according to the invention.
  • FIG.l represents an electrical power supply system according to the invention, for equipment of an electric or hybrid vehicle, in one embodiment of the invention,
  • FIG.2 represents a control unit of a direct current - direct current converter of the electrical power system of [Fig.l], powered directly by a traction battery of the electrical power system, the control unit comprising a voltage step-down stage, and
  • FIG.3 represents an alternative embodiment of the electrical power supply system of [Fig.l],
  • an electrical power supply system 1 of an electric or hybrid vehicle comprises a battery 8 of electrical accumulators connected in series, these accumulators being for example cells using Lithium-ion technology.
  • the battery 8 of the electrical power system 1 is a so-called traction battery, therefore "high voltage", without lead, whose power allows the operation of an electric powertrain of the vehicle. Its maximum no-load voltage is for example between 200V and 800V, in this embodiment.
  • the battery 8 is housed in a battery pack 3, which is a crash-resistant housing.
  • the battery pack 3 has two high-voltage outputs 11 and 12 connected to a high-voltage network of the vehicle.
  • the electric powertrain is connected as an input to these outputs, which are, on the one hand, a positive high-voltage connection terminal 11, connected to one end of the battery 8 via a fuse 15 and a positive power switch 14, connected in series, and, on the other hand, a negative high-voltage connection terminal 12, connected to the other end of the battery 8 via a pyroswitch 17 and a negative power switch 16, connected in series.
  • the fuse 15 and the pyroswitch 17 are connected upstream of the power switches 14 and 16 respectively.
  • a precharging system is also connected in parallel with the power switch 14, this precharging system comprising in series a precharging resistor 19 and a precharging switch 18.
  • the precharging system makes it possible to avoid the formation of an excessively high current draw when the battery 8 is connected to a battery charger or to a charging terminal comprising inductances or input capacitors.
  • the positive 14 and negative 16 power switches are produced by MOSFET transistors (for the English "metal-oxide-semiconductor field-effect transistor"), the electrical power supply system 1 does not comprise a precharging system and/or fuse devices 15, 17.
  • the power switches 14, 16, 18 as well as the precharging system and the fuse devices 15, 17 are elements of the electrical power supply system 1 which are integrated into the battery pack 3, which allows them to be electrically isolated in the engine compartment of the vehicle, and to protect them in the event of a crash.
  • the electrical supply system 1 comprises, in the battery block 3:
  • operating converter connected as an input in parallel to the battery 8 upstream of the power switches 14, 16, 18 and as an output to an on-board network 50 of the vehicle. More precisely, a first output of the first operating converter 4 is connected to a low voltage output 14V of the battery pack 3, this low voltage output 14V voltage being connected to the on-board network 50, itself connected to the fuse box 90, and a second output of the first operating converter 4 is connected to a vehicle ground.
  • operating converter connected as an input in parallel to the battery 8 upstream of the power switches 14, 16, 18 and as an output to the on-board network 50 of the vehicle.
  • a first output of the second operating converter 6 is connected to the low voltage output 14V of the battery pack 3, and a second output of the second operating converter 6 is connected to the ground of the vehicle.
  • the first and second operating converters 4, 6 supply the on-board network 50 when the vehicle is “awake”, i.e. in the operating phase.
  • a supervision device 10 of the vehicle for example a main computer, manages the consumption and activation of the various equipment of the vehicle, which may be low-voltage consumers such as a car radio or specific computers, as well as power devices such as an air conditioning compressor or an electric traction motor.
  • each of the first and second operating converters 4, 6 is sized to deliver 2kW in maximum operation, i.e. half of a total consumption on the on-board network 50, estimated at 4kW (these values are a function of the vehicle equipment). In other words, the efficiency of each of the operating converters 4, 6 is optimal between 0 and 2kW.
  • each operating converter 4, 6 is thus substantially equal to half the power of a standard electric vehicle converter, and provides at most 2KW in nominal operation, i.e. for example 150 amps at 12.5V.
  • This nominal power of a single operating converter 4, 6 is thus sufficient to power the safety systems of the vehicle and allow an emergency stop in the event of a breakdown, in particular it is greater than 1KW, and can provide at least 100A at 12.5V.
  • each operating converter 4, 6 has a nominal power greater than 2kW but less than 3kW.
  • the electrical power supply system 1 also comprises in the battery pack 3, a direct current - direct current converter 2 called a "rest converter", connected at the input in parallel to the battery 8 upstream of the power switches 14, 16, 18 and at the output to the on-board network 50 of the vehicle.
  • a first output of the rest converter 2 is connected to the 14V low voltage output of the battery pack 3, and a second output of the rest converter 2 is connected to the vehicle ground.
  • the rest converter 2 allows the vehicle's computers, through the low voltage it supplies to the on-board network 50, for example 12V, to receive requests triggering their wake-up. Being intended for the vehicle's standby power supply, it is sized to supply a few tens of milliamps in nominal operation, i.e. for example between 0.5 and 5 Watts. In other words, the efficiency of the rest converter 2 is optimized for a few Watts. Its operation is ensured by a control unit 20 shown [Fig.2].
  • the control unit 20 is powered directly by the traction battery 8 and is not subject to an external deactivation device, which contributes to the reliability of its power supply.
  • the control unit 20 comprises a voltage step-down stage 21 capable of transforming the voltage Vbatt at the terminals of the traction battery 8 into a supply voltage Vs for a control circuit 23 of the idle converter 2, the control circuit 23 comprising, for example, a microcontroller.
  • the supply voltage Vs of the control circuit 23 is a low voltage of, for example, between 12V and 14V. Alternatively, depending on the implementation of the control circuit 23 in particular, this voltage Vs may be lower.
  • the voltage step-down stage 21 is a so-called “flyback” converter, i.e. with energy recovery, whose input components are sized to support the high voltage Vbatt of, for example, between 48V and 800V.
  • the voltage step-down stage 21 comprises a galvanic isolation transformer comprising a first winding L1 of ni turns, and a second winding L2 of n2 turns.
  • the input of the voltage step-down stage comprises a first electrical branch on which the first winding L1 and a switch K are connected in series. More precisely, a first terminal of the first winding L1 is connected to the positive terminal of the traction battery 8, and a second terminal of the second winding L2 is connected to one of the terminals of the switch K, the other of the terminals of the switch K being connected to the negative terminal of the traction battery 8.
  • a second electrical branch of the voltage step-down stage comprises the second winding L2 as well as a diode D.
  • the second winding L2 comprises a first terminal connected to the cathode of the diode D, the anode of the diode D being connected to a first terminal of a capacitor C connected in parallel with a resistor R.
  • a second terminal of the second winding L2 is connected to a second terminal of the capacitor C.
  • the capacitor C and the resistor R are connected to the output of the voltage step-down stage. 21, to the power supply terminals of the control circuit 23.
  • a negative power supply terminal of the control circuit 23 is connected to the second terminal of the capacitor C, and a positive power supply terminal of the control circuit 23 is connected to the first terminal of the capacitor C.
  • This voltage Vs is equal to the nominal supply voltage of the control circuit 23. It is achieved by determining an adequate ratio between the number of turns ni of the first winding L1 and the number of turns n2 of the second winding L2, as well as an appropriate chopping frequency of the switch K.
  • the ratio between the number of turns of the first winding L1 and the number of turns of the second winding is for example 20.
  • the chopping frequency is for example of the order of 100KHz (Hertz).
  • control circuit 23 of the rest converter 2 is always powered and therefore always able to operate the rest converter to maintain a voltage at the output of the rest converter 2, which is sufficient for the operation of the vehicle in standby mode.
  • each operating converter 4, 6 are activated during a transient phase of waking up the vehicle, by the supervision device 10 which sends an activation message to corresponding control units 40, 60.
  • the respective operation of each operating converter 4, 6 is in fact ensured by the respective control unit 40, 60, powered by the traction battery 8, inside the battery block 3 which secures these power supplies.
  • the control units 40, 60 each comprise a voltage step-down stage 41, 61 respectively, connected at the input to the terminals of the traction battery 8 and at the output to a control circuit of the operating converter 4, 6 respectively.
  • the control circuits of the control units 40, 60 comprise, for example, microcontrollers.
  • the battery pack 3 integrates, in addition to the control units 20, 40, 60 of the rest converters 2 and operating converters 4, 6, a battery management module 32, monitoring, via sensors, the temperature and the voltage of the battery cells.
  • the management module 32 is in particular capable of opening the power switches 14, 16, 18 in the event of a fault in the battery 8.
  • the management module 32 is hardware and software, and may in particular comprise temperature sensors and/or one or more electronic circuits. Pre-programmed ironics.
  • the battery pack 3 comprises a CAN bus (from the English “Controller Area Network”) output 70 to which the control units 20, 40, 60 and the management module 32 of the battery 8 are connected.
  • the CAN bus output 70 is connected to a CAN bus of the vehicle, bus to which the supervision device 10 is connected, which is located outside the battery pack 3.
  • the supervision device 10 can in particular send CAN messages to the control units 40, 60 to activate them in the transient phase of waking up the vehicle, or to deactivate them in the transient phase of putting the vehicle to sleep.
  • the CAN bus also allows the supervision device 10 to communicate with the management module 32 when a user connects the vehicle to a charging terminal.
  • each is capable of operating its respective operating converter 4, 6 so that it supplies a low voltage current at its output when the voltage of the on-board network 50 is lower than a regulation setpoint voltage of the respective control unit 40 or 60.
  • the regulation setpoint voltage of each operating converter 4, 6 is strictly higher than the voltage delivered by the rest converter 2, so that the latter does not operate during the operating phases of the vehicle, only one or two of the operating converters operating during these operating phases depending on the power required by the consumers.
  • control unit 20 of the rest converter 2 is always activated (except in the event of complete discharge of the traction battery 8), but only operates the rest converter 2 when the voltage of the on-board network 50 is lower than a regulation setpoint voltage of the rest converter 2, strictly lower than those of the respective control units 40, 60.
  • the regulation setpoint voltage of the rest converter 2 is for example 12V and those of the operating converters 4, 6 for example 13 to 14V.
  • the voltage of the on-board network 50 is measured independently by each control unit 20, 40, 60, for example the control unit 20 uses a voltage sensor 22 at the output of the rest converter 2, the control unit 40 uses a voltage sensor 42 at the output of the first operating converter 4, and the control unit 60 uses a voltage sensor 62 at the output of the second operating converter 6.
  • the voltage sensor 22 is part of the control circuit of the idle converter 2 and is powered by the voltage step-down stage 21, for example via a voltage divider stage, the nominal voltage of the voltage sensor being of the order of 5V in this embodiment of the invention.
  • the voltage sensor 42 is part of the control circuit of the operating converter 4 and the voltage sensor 62 is part of the control circuit of the converter operating 6. These sensors are therefore powered by the respective voltage step-down stages 41, 61.
  • the electrical power supply system 1 also comprises, integrated in the battery pack 3, a small energy storage element, for example a supercapacitor 24 of the DLC type (from the English “Double Layer Capacitance”), connected in parallel to the outputs of the rest converters 2 and operating converters 4, 6.
  • This supercapacitor 24 makes it possible to smooth the current draws on the on-board network 50 while always guaranteeing a stable voltage on the on-board network 50, for example in the range 10.5V to 15V.
  • the supercapacitor 24 also makes it possible to secure certain transient phases, which are for example the waking up or the sleeping of the vehicle, or the moment between the appearance of an electrical fault in one of the converters 2, 4, 6 and the melting of a fuse device internal to these components.
  • the integration of this into the battery block 3 makes it possible to secure the electrical power supply system 1, but also to simplify the electrical wiring of the electrical power supply system 1 and therefore its cost.
  • the fuse corresponding to the faulty consumer causing this short circuit melts thanks to the electric current of several hundred amperes supplied over a short interval (less than one second) by at least one of the operating converters 4, 6 and/or the supercapacitor 24.
  • a pyroswitch is arranged on one of the electrical connections 92, preferably serving several consumers, which avoids oversizing the supercapacitor 24 or the operating converters 4, 6.
  • a current sensor detects such a short circuit and acts on a switch, for example a transistor, to cut the electrical connection 92 concerned.
  • FIG. 3 shows an electrical power supply system 111 according to the invention, which is an alternative embodiment of the embodiment of [Fig. 1].
  • the elements common to the electrical power supply system 1 are referenced in the same way and not re-detailed.
  • the components of the electrical power supply system 111 are integrated into a battery pack 300 similar to the battery pack 3.
  • the battery pack 300 differs only from the battery pack 3 in that the traction battery is a battery of accumulators 80 partitioned into two blocks 81 and 82 of electrical accumulators, between which a connection terminal called a midpoint makes it possible to split the power supply of the two operating converters 4, 6 in two independent power supplies.
  • the first operating converter 4 is powered by the block 81 by being connected at the input to the midpoint and to the end of the battery 80 connected to the positive high voltage connection terminal 11 via the fuse 15 and the positive power switch 14.
  • the second operating converter 6 is powered by the block 82 by being connected at the input to the midpoint and to the end of the battery 80 connected to the negative high voltage connection terminal 12 via the pyroswitch 17 and the negative power switch 16.
  • the electrical power supply system 111 thus makes it possible to secure the power supply to the on-board network 50 by a redundancy of energy sources.
  • the on-board network 50 is powered by the other of the blocks 81, 82, which allows the safety systems of the vehicle to be functional while a driver of the vehicle parks it on the hard shoulder.
  • the first and second operating converters 4, 6 are identical in this second embodiment, to allow the balancing of the battery 80.
  • the first and second operating converters 4, 6 each supply the same quantity of energy to the on-board network 50 to allow this balancing, for example by means of alternating operation.
  • control unit 20 of the rest converter 2 is powered by the entire battery 80, the voltage step-down stage 21 of the control unit 20 being connected as an input to the terminals of the traction battery 80.
  • control unit 40 of the first operating converter 4 is itself powered directly by the accumulator block 81, the voltage step-down stage 41 of the control unit 40 being connected at the input to the terminals of the accumulator block 81.
  • control unit 60 of the second operating converter 6 is powered directly by the accumulator block 82, the voltage step-down stage 61 of the control unit 60 being connected at the input to the terminals of the accumulator block 82.

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Abstract

La présente invention concerne un système d'alimentation électrique d'équipements d'un véhicule électrique ou hybride, comportant : - une batterie de traction (8), apte à fournir l'énergie nécessaire au fonctionnement d'un groupe motopropulseur électrique du véhicule, - des interrupteurs de puissance aptes à connecter la batterie de traction (8) au groupe moto-propulseur électrique du véhicule, le système d'alimentation électrique étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - au moins un convertisseur courant continu - courant continu, connecté en entrée à la batterie de traction (8) en amont des interrupteurs de puissance et en sortie à un réseau de bord du véhicule, - un circuit de commande (23) du convertisseur courant continu - courant continu, et - un étage abaisseur de tension (21), connecté en entrée à la batterie de traction (8) et en sortie à des bornes d'alimentation du circuit de commande (23)

Description

Description
Titre de l’invention : Système sécurisé d’alimentation électrique de consommateurs d’un véhicule électrique ou hybride
[0001] La présente invention se rapporte aux domaines de l’électricité et de l’industrie automobile, et concerne plus précisément un système d’alimentation électrique dans un véhicule électrique ou hybride électrique, destiné à alimenter les équipements du véhicule.
[0002] Les véhicules électriques ou hybrides électriques sont très souvent équipés d’une batterie au lithium- ion ou de technologie équivalente, apte à fournir l’énergie nécessaire à un moteur électrique permettant la traction ou la propulsion du véhicule, en coopération éventuelle avec un moteur thermique. Une telle batterie est dite batterie de traction ou encore batterie haute tension car la tension maximale à vide à ses bornes est généralement bien supérieure à celle des batteries de servitude, usuellement de l’ordre de 12V (volts). Néanmoins certaines batteries de servitude délivrent une tension de l’ordre de 48V, cette valeur pouvant être également la tension maximale à vide de certaines batteries « haute tension ».
[0003] Dans un véhicule électrique ou hybride électrique, la batterie de servitude, souvent au plomb, est utilisée pour alimenter un réseau de bord du véhicule sur lequel sont branchés les calculateurs du véhicule ainsi que des consommateurs basse tension tels que des actionneurs d’essuie-glace, des capteurs ou de petites résistances chauffantes. La batterie de servitude garantit de plus l’alimentation de dispositifs sécuritaires du véhicule tels que des systèmes de freinage et de direction, tandis que la batterie haute tension, qui se décharge plus rapidement, est destinée à alimenter le moteur électrique du véhicule, et éventuellement d’autres équipements haute tension tels qu’un compresseur de climatisation. Le réseau électrique sur lequel sont connectés ces équipements est appelé réseau « haute tension » du véhicule.
[0004] La batterie de servitude n’a besoin d’être changée que tous les trois à quatre ans, et est donc utilisée pour alimenter a minima des consommateurs du véhicule pendant de longues périodes d’inutilisation de celui-ci, c’est-à-dire lorsque le véhicule est à l’arrêt et éteint. On dit alors qu’il est « endormi » car en réalité pendant ces périodes d’inutilisation, les calculateurs du véhicule ont des modules restant activés pour surveiller l’environnement du véhicule, tels qu’une alarme, un module de communication d’un calculateur pour recevoir des signaux radio provenant d’une clef de contact, ou encore des messages en provenance d’un serveur distant via un réseau de communication sans fil, demandant par exemple l’envoi de données de maintenance ou la mise à jour de logiciels. Cette consommation des véhicules en période d’inutilisation est de plus amenée à croître avec le temps, du fait notamment de l’entrée des véhicules dans l’internet des objets.
[0005] Cependant, les normes anti-pollution vont interdire les batteries au plomb, par ailleurs lourdes et encombrantes, ce qui obligera par exemple à les remplacer par des petites batteries au lithium-ion, très onéreuses et qu’il faudra recharger très souvent en période d’inutilisation du véhicule, notamment en réveillant celui-ci pour pouvoir connecter un convertisseur courant continu - courant continu à la batterie haute tension, le convertisseur permettant la recharge de la petite batterie lithium-ion. Cette solution est coûteuse en énergie du fait du réveil du véhicule et des procédures de vérification du réseau haute tension avant la recharge de la petite batterie lithium-ion.
[0006] Les inventeurs ont résolu ces inconvénients en proposant, dans la demande de brevet français de numéro de dépôt FR2302259, une architecture électrique de véhicule électrique ou hybride, sans batterie de servitude au plomb, le réseau de bord du véhicule étant alimenté uniquement par la batterie haute tension du véhicule. Pour cela, un ou plusieurs convertisseurs courant continu - courant continu en amont des interrupteurs connectant la batterie haute tension au réseau haute tension du véhicule, convertissent la haute tension aux bornes de la batterie en une basse tension permettant d’alimenter les consommateurs du réseau de bord. Les convertisseurs courant continu - courant continu sont commandés par des unités de contrôle, alimentées par le réseau de bord du véhicule.
[0007] Les inventeurs ont cependant constaté que dans certains cas de défaillance du réseau de bord (par exemple en cas de court-circuit), les unités de contrôle sont susceptibles d’être stoppées et de ne pouvoir redémarrer même après le rétablissement de la tension nominale sur le réseau de bord, malgré la présence d’une supercapacité connectée en sortie du ou des convertisseurs.
[0008] La présente invention vise à remédier au moins en partie aux inconvénients de la technique en fournissant un système d’alimentation électrique d’équipements d’un véhicule électrique ou hybride, économe en énergie et qui fiabilise l’alimentation des équipements du véhicule.
[0009] A cette fin, l’invention propose un système d’alimentation électrique d’équipements d’un véhicule électrique ou hybride, comportant :
- une batterie de traction, apte à fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement d’un groupe motopropulseur électrique du véhicule,
- des interrupteurs de puissance aptes à connecter la batterie de traction au groupe motopropulseur électrique du véhicule, le système d’alimentation électrique étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre :
- au moins un convertisseur courant continu - courant continu, connecté en entrée à la batterie de traction en amont des interrupteurs de puissance et en sortie à un réseau de bord du véhicule,
- un circuit de commande du convertisseur courant continu - courant continu, et
- un étage abaisseur de tension, connecté en entrée à la batterie de traction et en sortie à des bornes d’alimentation du circuit de commande.
[0010] Dans l’invention, la batterie de traction est apte à faire fonctionner le groupe moto- propulseur électrique, il s’agit donc d’une batterie d’accumulateurs électriques alimentant un onduleur et un moteur électrique lors du roulage du véhicule, à la différence d’une batterie de servitude de l’art antérieur. La batterie dans l’invention peut donc aussi être entendue comme une batterie de propulsion en fonction du moteur électrique utilisé, celui-ci étant un moteur électrique permettant la traction ou la propulsion du véhicule, éventuellement en coopération avec un autre type de moteur si le véhicule est hybride, compris dans le sens d’ « hybride électrique » dans cette demande.
[0011] De plus il est à noter que les termes « amont » ou « aval » dans cette demande se réfèrent à la position relative de composants ou ensembles électriques par rapport à la direction du courant sortant de la batterie et se dirigeant vers les consommateurs du véhicule. Ainsi un premier composant est en amont d’un deuxième composant si le courant sortant de la batterie traverse d’abord le premier composant puis le deuxième composant avant de revenir vers la batterie de traction, celle-ci étant en décharge.
[0012] Dans l’invention, le réseau de bord n’a pas besoin d’être alimenté par une batterie de servitude comme dans l’art antérieur. En effet dans l’invention, que les interrupteurs de puissance soient fermés ou ouverts, le réseau de bord est toujours susceptible d’être alimenté par le convertisseur courant continu - courant continu.
[0013] Dans cette configuration sans batterie de servitude, en cas de court-circuit de l’étage de sortie du convertisseur courant continu - courant continu, ou en cas de court-circuit dans le réseau de bord, la tension du réseau de bord chute très bas, ce qui implique un arrêt de tous les calculateurs ou circuits de commande alimentés par ce réseau. Cependant grâce à l’invention, en cas d’un tel court-circuit, le circuit de commande du convertisseur courant continu - courant continu n’est pas arrêté car il est alimenté par la batterie de traction par l’intermédiaire de l’étage abaisseur de tension, différent du convertisseur courant continu - courant continu. Une fois le court-circuit supprimé du fait d’un mécanisme de coupure tel qu’un fusible, un relais ou un transistor, le circuit de commande peut donc rétablir la tension du réseau de bord à sa valeur nominale.
[0014] L’invention garantit ainsi un fonctionnement sécuritaire du véhicule puisque les équipements sécuritaires du véhicule tels que des systèmes de commande de freinage, de contrôle de direction, d’éclairage ou de désembuage sont alimentés par le réseau de bord du véhicule.
[0015] Il est à noter que l’invention s’applique également dans le cas où le réseau de bord du véhicule est alimenté par une batterie de servitude, en plus de l’alimentation fournie par le convertisseur courant continu - courant continu. Dans ce cas, l’invention permet de sécuriser l’alimentation du réseau de bord en cas de défaillance du réseau de bord nécessitant la coupure de l’alimentation du réseau de bord par la batterie de servitude.
[0016] L’invention permet donc de maintenir le contrôle et la production d’une tension nominale du réseau de bord par l’intermédiaire du convertisseur courant continu - courant continu même en cas de court-circuit, en rétablissant cette tension nominale dès la disparition du court-circuit.
[0017] Le convertisseur courant continu - courant continu est connecté en entrée à un premier ensemble de cellules de la batterie de traction et l’étage abaisseur de tension est connecté en entrée à un deuxième ensemble de cellules de la batterie de traction.
[0018] Le convertisseur courant continu - courant continu est connecté en entrée à la batterie de traction, c’est-à-dire qu’il est connecté à un premier ensemble de cellules de la batterie de traction qui peut être l’ensemble de toutes les cellules de la batterie de traction ou une partie seulement des cellules de la batterie de traction. De même le circuit de commande est connecté en entrée à un deuxième ensemble de cellules de la batterie de traction pouvant être l’ensemble de toutes les cellules de la batterie de traction ou une partie seulement des cellules de la batterie de traction.
[0019] De préférence dans l’invention, le premier ensemble de cellules et le deuxième ensemble de cellules sont identiques et comprennent l’ensemble des cellules de la batterie de traction. En connectant ainsi le convertisseur courant continu - courant continu et le circuit de commande aux bornes de la batterie de traction, on s’affranchit d’un dispositif d’équilibrage spécifique des cellules de la batterie.
[0020] De plus dans l’invention, l’étage abaisseur de tension est de préférence du type convertisseur à récupération. Un tel type de convertisseur est aussi appelé convertisseur « flyback ». Il présente l’avantage d’être simple à implémenter. Dans le cas de l’invention, il utilise des composants adaptés à la tension aux bornes de la batterie de traction. Bien sûr d’autres types de convertisseurs abaisseurs de tension sont utilisables pour réaliser l’étage abaisseur de tension.
[0021] Dans un mode de réalisation de l’invention, l’étage abaisseur de tension comporte en entrée une branche comprenant un premier enroulement d’un transformateur et un interrupteur monté en série avec le premier enroulement, la branche étant connectée à des bornes du deuxième ensemble de cellules de la batterie de traction. Cette branche est appelée première branche dans la suite.
[0022] La sortie de l’étage abaisseur de tension comporte par exemple une capacité et une résistance montés en parallèle l’une par rapport à l’autre aux bornes d’alimentation du circuit de commande, l’étage abaisseur de tension comportant en outre une autre branche comportant un deuxième enroulement du transformateur et une diode montée en série avec le deuxième enroulement, l’autre branche étant connectée aux bornes de la capacité. L’autre branche est appelée deuxième branche dans la suite.
[0023] Bien sûr en variante de réalisation de l’invention, un convertisseur à récupération plus élaboré est utilisable.
[0024] Le ratio entre un nombre de spires du premier enroulement et un nombre de spires du deuxième enroulement, ainsi qu’une fréquence de hachage de l’interrupteur, sont de préférence déterminés de sorte à fournir une tension d’alimentation nominale au circuit de commande.
[0025] Dans un mode de réalisation de l’invention, le convertisseur courant continu - courant continu est un convertisseur dit convertisseur de repos, destiné à une alimentation du véhicule lorsque celui-ci est en mode veille, le système d’alimentation électrique comportant en outre au moins un convertisseur courant continu - courant continu dit convertisseur d’exploitation, apte à alimenter le réseau de bord du véhicule lors de phases d’exploitation du véhicule, le convertisseur d’exploitation étant connecté en entrée à la batterie de traction et en sortie au réseau de bord du véhicule.
[0026] Dans ce mode de réalisation de l’invention, sans batterie de servitude, le réseau de bord est alimenté soit par le convertisseur d’exploitation, soit par le convertisseur de repos, ce qui permet une économie d’énergie.
[0027] Plus précisément, lorsque le véhicule est en mode veille ou « endormi », les calculateurs du véhicule sont alimentés a minima par le convertisseur de repos pour leur permettre de recevoir par exemple des messages d’activation uniquement. Pour cela le convertisseur de repos est connecté en amont des interrupteurs de puissance ce qui lui permet d’être toujours alimenté par le premier ensemble de cellules de la batterie. Il est en effet à noter que dans l’invention, les dispositifs connectés en entrée à un ensemble de cellules de la batterie, le sont sans convertisseur intermédiaire.
[0028] Lorsqu’un dispositif de supervision du véhicule, par exemple le calculateur principal du véhicule, reçoit un message d’un serveur externe ou une requête utilisateur telle qu’une demande de déverrouillage du véhicule, il se réactive, réactive les autres calculateurs du véhicule et le convertisseur d’exploitation qui alimente à son tour le réseau de bord du véhicule durant toute cette phase où le dispositif de supervision est réactivé, dite phase d’exploitation. Celle-ci peut correspondre à une phase de roulage du véhicule ou une phase de « vie à bord » pendant laquelle le véhicule est arrêté mais où un utilisateur peut utiliser par exemple un environnement multimédia du véhicule.
[0029] Le convertisseur d’exploitation est connecté à la batterie en amont ou en aval des interrupteurs de puissance, ceux-ci devant alors être fermés pendant toute la phase d’exploitation dans le dernier cas. De préférence le convertisseur d’exploitation est connecté à la batterie en amont des interrupteurs de puissance pour éviter des contraintes sécuritaires sur le maintien de la fermeture des relais même lorsque le réseau haute tension n’est pas sollicité par ailleurs ou est défaillant.
[0030] De préférence dans l’invention, le convertisseur de repos est apte à fournir une puissance maximale au réseau de bord inférieure ou égale à une puissance maximale de consommation du réseau de bord lorsque le véhicule est en mode veille. Cette puissance maximale est déterminée par exemple en moyennant la puissance consommée sur le réseau de bord pendant toute la durée d’une phase de veille du véhicule et en y ajoutant une marge de sécurité. Elle est largement inférieure à la puissance nécessaire lorsque le véhicule est dans une phase d’exploitation (roulage ou vie à bord par exemple). En effet, n’étant utilisé qu’en mode veille du véhicule, le convertisseur de repos est par exemple dimensionné pour fournir quelques Watt, et au maximum entre 10% et 30% de la puissance nominale du réseau de bord, c’est-à-dire de la puissance consommée par le réseau de bord en fonctionnement nominal, mesurée par exemple en moyennant la puissance consommée sur le réseau de bord pendant toute la durée d’une phase d’exploitation du véhicule. Cela permet des économies en termes de ressources matérielles (petite taille du convertisseur de repos) et en consommation d’énergie (meilleur rendement à faible puissance du convertisseur de repos).
[0031] De plus, de préférence dans ce mode de réalisation de l’invention, le système d’alimentation électrique comporte deux convertisseurs d’exploitation, connectés chacun en entrée à l’ensemble des cellules de la batterie de traction, ou bien connectés l’un à un troisième ensemble de cellules de la batterie de traction et l’autre à un quatrième ensemble de cellules de la batterie de traction, le troisième ensemble et le quatrième ensemble formant une partition d’au moins une partie de la batterie de traction.
[0032] Cette caractéristique permet d’assurer une redondance sécuritaire de l’alimentation du réseau de bord en phase d’exploitation, et notamment de garantir l’alimentation de systèmes sécuritaires tels qu’un système de freinage ou un système de contrôle de trajectoire. Les convertisseurs d’exploitation ont de plus un fonctionnement indépendant, notamment ils comportent chacun un circuit de commande distinct, ce qui permet en cas de panne d’un des convertisseurs d’exploitation, que cette panne n’entraîne pas de disfonctionnement de l’autre des convertisseurs d’exploitation.
[0033] Lorsque les deux convertisseurs d’exploitation sont chacun connectés aux bornes de la batterie de traction, un dispositif d’équilibrage des cellules de la batterie de traction n’est pas nécessaire.
[0034] Dans le cas où le troisième ensemble et le quatrième ensemble sont distincts, de préférence le troisième ensemble et le quatrième ensemble comportent chacun une moitié des cellules de la batterie. Un dispositif d’équilibrage permet alors de décharger chaque moitié de cellules de façon quasi identique, ce dispositif d’équilibrage pouvant être logiciel et consister en une activation de chacun des convertisseurs sur une durée identique, ou de sorte à ce qu’ils fournissent chacun une même quantité d’énergie aux consommateurs du réseau de bord du véhicule. Bien sûr d’autres variantes de réalisation de l’invention sont envisageables, avec par exemple plus de deux convertisseurs d’exploitation, chacun s’alimentant avec toutes les cellules de la batterie ou avec un sous-ensemble de cellules de la batterie, les sous-ensembles pouvant former une partition des cellules de la batterie. Les premier, troisième et quatrième ensembles de cellules de la batterie peuvent notamment se superposer entièrement ou deux à deux, ou former une partition de la totalité des cellules de la batterie.
[0035] De préférence dans l’invention, chacun des convertisseurs d’exploitation est apte à fournir une puissance nominale au réseau de bord strictement inférieure à une puissance maximale de consommation du réseau de bord lorsque le véhicule est en phase d’exploitation. Ainsi lorsque les consommateurs du réseau de bord consomment peu d’énergie électrique, on utilise un seul des convertisseurs d’exploitation, consommant peu d’énergie de fonctionnement (car ils sont optimisés dans leur conception pour des petite charges du réseau de bord, ce qui est le cas le plus courant dans l’utilisation d’un véhicule), pour alimenter le réseau de bord. Par exemple les convertisseurs d’exploitation sont dimensionnés pour fournir chacun la moitié de la puissance maximale de consommation du réseau de bord, qui est la puissance électrique d’alimentation du réseau de bord nécessaire au véhicule pour fonctionner dans toutes les conditions. Cette puissance maximale est mesurée par exemple lors d’une phase de roulage où tous les consommateurs du réseau de bord sont activés, et notamment la climatisation, en conditions météorologiques extrêmes. Dans un autre exemple leurs puissances nominales respectives sont comprises entre 50 et 90% de la puissance maximale de consommation du réseau de bord lorsque le véhicule est en phase d’exploitation. Ce sont par exemple des convertisseurs d’exploitation qui peuvent varier de 2kW jusqu’à 4kW (kiloWatt) de puissance nominale. Les limiter à 2kW au lieu de 4kW permet également d’économiser des ressources matérielles tout en assurant la redondance sécuritaire mentionnée plus haut.
[0036] Le système d’alimentation électrique selon l’invention comporte en outre préférentiellement un organe de stockage d’énergie électrique connecté au réseau de bord en amont d’un boîtier fusible auquel sont connectés des consommateurs du réseau de bord. Cet organe de stockage d’énergie est par exemple une supercapacité intégrée dans un bloc batterie selon l’invention. Elle permet de diminuer l’amplitude des appels de courant sur le réseau de bord, et de lisser le courant lors de phases transitoires comme notamment un passage en mode veille, en phase d’exploitation ou un changement de convertisseur d’exploitation pour alimenter le réseau de bord. En variante cet organe de stockage d’énergie est une petite batterie sans plomb telle qu’une petite batterie au Lithium.
[0037] Dans le mode de réalisation de l’invention comportant un ou plusieurs convertisseurs d’exploitation, le système d’alimentation électrique selon l’invention comporte en outre de préférence un étage abaisseur de tension et un circuit de commande associés à chaque convertisseur d’exploitation, chaque étage abaisseur de tension étant connecté en entrée à la batterie de traction et en sortie à des bornes d’alimentation du circuit de commande associé audit convertisseur d’exploitation. Bien sûr l’étage abaisseur de tension est connecté en entrée aux bornes de la batterie de traction ou bien à un sous- ensemble des cellules de la batterie de traction.
[0038] Le système d’alimentation électrique selon l’invention comporte donc de préférence un étage abaisseur de tension par convertisseur d’exploitation, chaque convertisseur d’exploitation ayant son propre circuit de commande. Cette implémentation est préférable car elle répond à des exigences de robustesse et de sécurité sur l’alimentation du réseau de bord, du fait de l’indépendance des convertisseurs dans cette implémentation. Ainsi la commande de chacun des convertisseurs d’exploitation est également robuste à un court-circuit sur le réseau de bord du véhicule. Il est à noter que cette implémentation nécessite que tous les convertisseurs d’exploitation soient connectés en entrée en amont des interrupteurs de puissance reliant la batterie haute tension au réseau haute tension.
[0039] En variante de réalisation, notamment lorsque la tension nominale d’alimentation des circuits de commande des convertisseurs d’exploitation est inférieure ou égale à la tension de sortie délivrée par le convertisseur de repos, les circuits de commande des convertisseurs d’exploitation sont alimentés par le réseau de bord.
[0040] Dans une autre variante de réalisation, un seul étage abaisseur de tension alimente les circuits de commande des convertisseurs d’exploitation et/ou du convertisseur de repos.
[0041] Dans encore une autre variante de réalisation, un des convertisseurs d’exploitation est connecté en entrée en aval des interrupteurs de puissance, et est contrôlé par un circuit de commande alimenté par le réseau de bord lui-même, et non via un étage abaisseur de tension dédié. Dans cette variante, ce convertisseur d’exploitation permet de précharger les capacités ou inductances en entrée d’un équipement tel qu’un chargeur ou un onduleur de pilotage d’une machine électrique, avant de connecter cet équipement à la batterie. Ainsi on peut se passer d’un système de précharge spécifique, notamment si les interrupteurs de puissance sont des relais de puissance.
[0042] L’invention concerne aussi un bloc batterie pour véhicule électrique ou hybride, comportant un boîtier logeant un système d’alimentation électrique selon l’invention, le bloc batterie comportant deux bornes de connexion haute tension et une borne de connexion basse tension. En plus des avantages liés au système d’alimentation électrique selon l’invention, le bloc batterie a l’avantage de sécuriser celui-ci, en isolant électriquement les composants haute tension du système d’alimentation électrique du châssis du véhicule, et en les protégeant des chocs. Les convertisseurs d’exploitation et leurs circuits de commandes sont notamment protégés dans le bloc batterie, des sollicitations vibratoires et thermiques du compartiment moteur.
[0043] Eventuellement, lorsque le système d’alimentation électrique selon l’invention comporte un convertisseur d’exploitation en aval des interrupteurs de puissance, celui- ci est disposé en dehors du bloc batterie. Enfin, lorsque le système d’alimentation électrique selon l’invention comporte deux convertisseurs d’exploitation et que l’un est dédié à l’alimentation des systèmes sécuritaires, l’autre étant dédié à l’alimentation de systèmes sécuritaires et non sécuritaires du véhicule, le bloc batterie comporte deux connexions basse tension, c’est-à-dire une connexion basse tension pour l’alimentation des systèmes sécuritaires et l’autre pour l’alimentation des systèmes sécuritaires et non sécuritaires. Il est à noter que le bloc batterie est par ailleurs connecté à la masse du véhicule, pour y relier l’une des sorties de chaque convertisseur d’exploitation ou de repos.
[0044] L’invention concerne enfin un véhicule équipé d’un système d’alimentation électrique selon l’invention, intégré par exemple dans le bloc batterie selon l’invention. Le véhicule comporte de plus un dispositif de supervision apte à gérer la consommation d’équipements du véhicule en phases d’exploitation.
[0045] Le bloc batterie selon l’invention et le véhicule selon l’invention comportent des avantages analogues à ceux du système d’alimentation électrique selon l’invention.
[0046] 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 :
[0047] [Fig.l] représente un système d’alimentation électrique selon l’invention, d’équipements d’un véhicule électrique ou hybride, dans un mode de réalisation de l’invention,
[0048] [Fig.2] représente une unité de contrôle d’un convertisseur courant continu - courant continu du système d’alimentation électrique de la [Fig.l], alimenté directement par une batterie de traction du système d’alimentation électrique, l’unité de contrôle comportant un étage abaisseur de tension, et
[0049] [Fig.3] représente une variante de réalisation du système d’alimentation électrique de la [Fig.l],
[0050] Selon un mode de réalisation de l’invention représenté [Fig.l], un système d’alimentation électrique 1 d’un véhicule électrique ou hybride comporte une batterie 8 d’accumulateurs électriques connectés en série, ces accumulateurs étant par exemple des cellules utilisant la technologie Lithium-ion. Bien sûr d’autres technologies sont utilisables, par exemple celle des batteries Nickel métal hydrure. La batterie 8 du système d’alimentation électrique 1 est une batterie dite de traction, donc « haute tension », dépourvue de plomb, dont la puissance permet de faire fonctionner un groupe motopropulseur électrique du véhicule. Sa tension maximale à vide est comprise par exemple entre 200V et 800V, dans ce mode de réalisation.
[0051] La batterie 8 est logée dans un bloc batterie 3, qui est un boîtier résistant aux crashs. Le bloc batterie 3 comporte deux sorties haute tension 11 et 12 connectées à un réseau haute tension du véhicule. Notamment le groupe motopropulseur électrique est connecté en entrée à ces sorties, qui sont d’une part une borne de connexion haute tension positive 11, connectée à l’une des extrémités de la batterie 8 par l’intermédiaire d’un fusible 15 et d’un interrupteur de puissance positif 14, connectés en série, et d’autre part une borne de connexion haute tension négative 12, connectée à l’autre des extrémités de la batterie 8 par l’intermédiaire d’un pyrocommutateur 17 et d’un interrupteur de puissance négatif 16, connectés en série. Le fusible 15 et le pyrocommutateur 17 sont connectés en amont des interrupteurs de puissance respectivement 14 et 16. Un système de précharge est par ailleurs connecté en parallèle de l’interrupteur de puissance 14, ce système de précharge comportant en série une résistance de précharge 19 et un interrupteur de précharge 18. Le système de précharge permet d’éviter la formation d’un appel de courant trop important lors du branchement de la batterie 8 à un chargeur de batterie ou à une borne de charge comportant des inductances ou des capacités d’entrée. En variante, notamment lorsque les interrupteurs de puissance positif 14 et négatif 16 sont réalisés par des transistors MOSFET (pour l’anglais « metal-oxide-semiconductor field-effect transistor »), le système d’alimentation électrique 1 ne comporte pas de système de précharge et/ou de dispositifs fusibles 15, 17.
[0052] Les interrupteurs de puissance 14, 16, 18 ainsi que le système de précharge et les dispositifs fusibles 15, 17 sont des éléments du système d’alimentation électrique 1 qui sont intégrés dans le bloc batterie 3, ce qui permet de les isoler électriquement dans le compartiment moteur du véhicule, et de les protéger en cas de crash.
[0053] Afin d’alimenter en 14V des consommateurs basse tension du véhicule, connectés par des liaisons électriques 92 à un boîtier fusible 90, le système d’alimentation électrique 1 comporte, dans le bloc batterie 3 :
[0054] - un premier convertisseur courant continu - courant continu 4 ou premier
« convertisseur d’exploitation », connecté en entrée en parallèle à la batterie 8 en amont des interrupteurs de puissance 14, 16, 18 et en sortie à un réseau de bord 50 du véhicule. Plus précisément, une première sortie du premier convertisseur d’exploitation 4 est connectée à une sortie basse tension 14V du bloc batterie 3, cette sortie basse tension 14V étant connectée au réseau de bord 50, lui-même connecté au boîtier fusible 90, et une deuxième sortie du premier convertisseur d’exploitation 4 est reliée à une masse du véhicule.
[0055] - et un deuxième convertisseur courant continu - courant continu 6 ou deuxième
« convertisseur d’exploitation», connecté en entrée en parallèle à la batterie 8 en amont des interrupteurs de puissance 14, 16, 18 et en sortie au réseau de bord 50 du véhicule. Une première sortie du deuxième convertisseur d’exploitation 6 est connecté à la sortie basse tension 14V du bloc batterie 3, et une deuxième sortie du deuxième convertisseur d’exploitation 6 est reliée à la masse du véhicule.
[0056] Le premier et le deuxième convertisseurs d’exploitation 4, 6 alimentent le réseau de bord 50 lorsque le véhicule est « réveillé » c’est-à-dire en phase d’exploitation. Dans cet état, un dispositif de supervision 10 du véhicule, par exemple un calculateur principal, gère la consommation et l’activation des différents équipements du véhicule, qui peuvent être aussi bien des consommateurs basse tension tels qu’un autoradio ou des calculateurs spécifiques, que des dispositifs de puissance tels qu’un compresseur de climatisation ou un moteur électrique de traction. Dans ce mode de réalisation de l’invention, chacun des premier et deuxième convertisseurs d’exploitation 4, 6 est dimensionné pour délivrer 2kW en fonctionnement maximal, soit la moitié d’une consommation totale sur le réseau de bord 50, estimée à 4kW (ces valeurs sont fonction de l’équipement du véhicule). Autrement dit le rendement de chacun des convertisseurs d’exploitation 4, 6 est optimal entre 0 et 2kW.
[0057] La puissance nominale de chaque convertisseur d’exploitation 4, 6 est ainsi sensiblement égale à la moitié de la puissance d’un convertisseur standard de véhicule électrique, et fournit au plus 2KW en fonctionnement nominal soit par exemple 150 ampères sous 12,5V. Cette puissance nominale d’un seul convertisseur d’exploitation 4, 6 est ainsi suffisante pour alimenter les systèmes sécuritaires du véhicule et permettre un arrêt d’urgence en cas de panne, notamment elle est supérieure à 1KW, et peut fournir au moins 100A sous 12,5V.
[0058] Ces choix permettent d’avoir deux convertisseurs d’exploitation qui, en coût, en volume et en poids, permettent d’économiser par rapport à deux convertisseurs standards de véhicule électrique. En variante, chaque convertisseur d’exploitation 4, 6 a une puissance nominale supérieure à 2kW mais inférieure à 3kW.
[0059] Pour alimenter a minima le réseau de bord 50 lorsque le véhicule est en mode veille, c’est-à-dire à l’arrêt sans utilisation d’équipements du véhicule pendant une durée prolongée, le système d’alimentation électrique 1 comporte également dans le bloc batterie 3, un convertisseur courant continu - courant continu 2 appelé « convertisseur de repos », connecté en entrée en parallèle à la batterie 8 en amont des interrupteurs de puissance 14, 16, 18 et en sortie au réseau de bord 50 du véhicule. Une première sortie du convertisseur de repos 2 est connecté à la sortie basse tension 14V du bloc batterie 3, et une deuxième sortie du convertisseur de repos 2 est reliée à la masse du véhicule.
[0060] Le convertisseur de repos 2 permet aux calculateurs du véhicule, par le faible voltage qu’il fournit au réseau de bord 50, par exemple de 12V, de recevoir des requêtes déclenchant leur réveil. Etant destiné à l’alimentation en mode veille du véhicule, il est dimensionné pour fournir en fonctionnement nominal quelques dizaines de milliampères, soit par exemple entre 0,5 et 5 Watts. Autrement dit le rendement du convertisseur de repos 2 est optimisé pour quelques Watts. Son fonctionnement est assuré par une unité de contrôle 20 représentée [Fig.2].
[0061] L’unité de contrôle 20 est alimentée directement par la batterie de traction 8 et n’est pas soumise à un dispositif de désactivation externe, ce qui participe à la fiabilité de son alimentation.
[0062] Plus précisément, l’unité de contrôle 20 comporte un étage abaisseur de tension 21 apte à transformer la tension Vbatt aux bornes de la batterie de traction 8, en une tension Vs d’alimentation d’un circuit de commande 23 du convertisseur de repos 2, le circuit de commande 23 comportant par exemple un microcontrôleur. La tension Vs d’alimentation du circuit de commande 23 est une basse tension comprise par exemple entre 12V et 14V. En variante, en fonction de l’implémentation du circuit de commande 23 notamment, cette tension Vs peut être plus basse.
L’étage abaisseur de tension 21 est un convertisseur dit « flyback » c’est-à-dire à récupération d’énergie, dont les composants d’entrée sont dimensionnés pour supporter la haute tension Vbatt comprise par exemple entre 48V et 800V.
[0063] Dans cet exemple de réalisation de l’invention, l’étage abaisseur de tension 21 comporte un transformateur d’isolation galvanique comportant un premier enroulement L1 de ni spires, et un deuxième enroulement L2 de n2 spires.
[0064] L’entrée de l’étage abaisseur de tension comporte une première branche électrique sur laquelle sont montés en série le premier enroulement L1 ainsi qu’un interrupteur K. Plus précisément une première borne du premier enroulement L1 est connectée à la borne positive de la batterie de traction 8, et une deuxième borne du deuxième enroulement L2 est connectée à une des bornes de l’interrupteur K, l’autre des bornes de l’interrupteur K étant connectée à la borne négative de la batterie de traction 8.
[0065] Une deuxième branche électrique de l’étage abaisseur de tension comporte le deuxième enroulement L2 ainsi qu’une diode D.
[0066] Le deuxième enroulement L2 comporte une première borne connectée à la cathode de la diode D, l’anode de la diode D étant connectée à une première borne d’une capacité C connectée en parallèle d’une résistance R. Une deuxième borne du deuxième enroulement L2 est connectée à une deuxième borne de la capacité C. La capacité C et la résistance R sont connectées en sortie de l’étage abaisseur de tension 21, aux bornes d’alimentation du circuit de commande 23. Notamment une borne d’alimentation négative du circuit de commande 23 est connectée à la deuxième borne de la capacité C, et une borne d’alimentation positive du circuit de commande 23 est connectée à la première borne de la capacité C.
[0067] Lorsque l’interrupteur K se ferme, un courant il circule dans la première branche, et le transformateur se charge en énergie électrique. Puis lorsque l’interrupteur K s’ouvre, le courant il s’annulant, l’énergie électrique emmagasinée dans le transformateur se traduit par l’apparition d’un courant i2 circulant dans le deuxième enroulement L2 et venant charger la capacité C, réalisant la tension Vs d’alimentation du circuit de commande 23.
[0068] Cette tension Vs est égale à la tension nominale d’alimentation du circuit de commande 23. Elle est réalisée en déterminant un ratio adéquat entre le nombre de spires ni du premier enroulement L1 et le nombre de spires n2 du deuxième enroulement L2, ainsi qu’une fréquence de hachage appropriée de l’interrupteur K.
[0069] Le ratio entre le nombre de spires du premier enroulement L1 et le nombre de spires du deuxième enroulement est par exemple de 20. La fréquence de hachage est par exemple de l’ordre de lOOKHz (Hertz).
[0070] Grâce à cette alimentation, le circuit de commande 23 du convertisseur de repos 2 est toujours alimenté et donc toujours apte à faire fonctionner le convertisseur de repos pour maintenir une tension en sortie du convertisseur de repos 2, qui est suffisante pour le fonctionnement du véhicule en mode veille.
[0071] Quant aux convertisseurs d’exploitation 4, 6, ceux-ci sont activés lors d’une phase transitoire de réveil du véhicule, par le dispositif de supervision 10 qui envoie un message d’activation à des unités de contrôle correspondantes 40, 60. Le fonctionnement respectif de chaque convertisseur d’exploitation 4, 6 est en effet assuré par l’unité de contrôle respective 40, 60, alimentée par la batterie de traction 8, à l’intérieur du bloc batterie 3 ce qui sécurise ces alimentations.
[0072] Les unités de contrôles 40, 60 comportent pour cela chacune un étage abaisseur de tension respectivement 41, 61, connecté en entrée aux bornes de la batterie de traction 8 et en sortie à un circuit de commande du convertisseur d’exploitation respectivement 4, 6. Les circuits de commandes des unités de contrôles 40, 60 comportent par exemple des microcontrôleurs.
[0073] Le bloc batterie 3 intègre, en plus des unités de contrôle 20, 40, 60 des convertisseurs de repos 2 et d’exploitation 4, 6, un module de gestion 32 de la batterie, surveillant, via des capteurs, la température et la tension des cellules de la batterie. Le module de gestion 32 est notamment apte à ouvrir les interrupteurs de puissance 14, 16, 18 en cas de défaut de la batterie 8. Le module de gestion 32 est matériel et logiciel, pouvant notamment comporter des capteurs de température et/ou un ou plusieurs circuits élec- Ironiques pré -programmés.
[0074] Le bloc batterie 3 comporte une sortie 70 de bus CAN (d’après l’anglais « Controller Area Network) à laquelle sont connectés les unités de contrôle 20, 40, 60 et le module de gestion 32 de la batterie 8. La sortie 70 de bus CAN est connectée à un bus CAN du véhicule, bus auquel est connecté le dispositif de supervision 10, qui se trouve à l’extérieur du bloc batterie 3. Ainsi le dispositif de supervision 10 peut notamment envoyer des messages CAN aux unités de contrôles 40, 60 pour les activer en phase transitoire de réveil du véhicule, ou pour les désactiver en phase transitoire d’endormissement du véhicule. Le bus CAN permet aussi au dispositif de supervision 10 de communiquer avec le module de gestion 32 lorsqu’un utilisateur branche le véhicule à une borne de charge.
[0075] Lorsque les unités de contrôles 40, 60 sont activées, chacune est apte à faire fonctionner son convertisseur d’exploitation respectif 4, 6 de sorte à ce qu’il fournisse un courant basse tension en sa sortie lorsque la tension du réseau de bord 50 est inférieure à une tension de consigne de régulation de l’unité de contrôle respective 40 ou 60. La tension de consigne de régulation de chaque convertisseur d’exploitation 4, 6 est strictement supérieure à la tension délivrée par le convertisseur de repos 2, de sorte à ce que celui-ci ne fonctionne pas lors des phases d’exploitation du véhicule, seul un ou deux des convertisseurs d’exploitation fonctionnant lors de ces phases d’exploitation en fonction de la puissance demandée par les consommateurs.
[0076] Il est à noter que l’unité de contrôle 20 du convertisseur de repos 2 est toujours activée (sauf en cas de décharge complète de la batterie de traction 8), mais ne fait fonctionner le convertisseur de repos 2 que lorsque la tension du réseau de bord 50 est inférieure à une tension de consigne de régulation du convertisseur de repos 2, strictement inférieure à celles des unités de contrôle respective 40, 60. La tension de consigne de régulation du convertisseur de repos 2 est par exemple de 12V et celles des convertisseurs d’exploitation 4, 6 par exemple de 13 à 14V.
[0077] La tension du réseau de bord 50 est mesurée indépendamment par chaque unité de contrôle 20, 40, 60, par exemple l’unité de contrôle 20 utilise un capteur de tension 22 en sortie du convertisseur de repos 2, l’unité de contrôle 40 utilise un capteur de tension 42 en sortie du premier convertisseur d’exploitation 4, et l’unité de contrôle 60 utilise un capteur de tension 62 en sortie du deuxième convertisseur d’exploitation 6.
[0078] Le capteur de tension 22 fait partie du circuit de commande du convertisseur de repos 2 et est alimenté par l’étage abaisseur de tension 21 par exemple par l’intermédiaire d’un étage diviseur de tension, la tension nominale du capteur de tension étant de l’ordre de 5V dans ce mode de réalisation de l’invention. De même le capteur de tension 42 fait partie du circuit de commande du convertisseur d’exploitation 4 et le capteur de tension 62 fait partie du circuit de commande du convertisseur d’exploitation 6. Ces capteurs sont donc alimentés par les étages abaisseurs de tension respectifs 41, 61.
[0079] Le système d’alimentation électrique 1 comporte également, intégré dans le bloc batterie 3, un petit élément de stockage d’énergie, par exemple une supercapacité 24 de type DLC (d’après l’anglais « Double Layer Capacitance »), connectée en parallèle aux sorties des convertisseurs de repos 2 et d’exploitation 4, 6. Cette supercapacité 24 permet de lisser les appels de courant sur le réseau de bord 50 en garantissant toujours une tension stable sur le réseau de bord 50, par exemple comprise dans l’intervalle 10,5V à 15V. La supercapacité 24 permet aussi de sécuriser certaines phases transitoires, qui sont par exemple le réveil ou l’endormissement du véhicule, ou bien le moment entre l’apparition d’une défaillance électrique dans un des convertisseurs 2, 4, 6 et la fonte d’un dispositif fusible interne à ces composants. L’intégration de celle-ci dans le bloc batterie 3 permet de sécuriser le système d’alimentation électrique 1, mais aussi de simplifier le câblage électrique du système d’alimentation électrique 1 et donc son coût.
[0080] Par ailleurs, lorsqu’il y a un court-circuit au niveau du boîtier fusible, le fusible correspondant au consommateur défaillant provoquant ce court-circuit fond grâce au courant électrique de plusieurs centaines d’ampères fourni sur un bref intervalle (inférieur à une seconde) par au moins un des convertisseurs d’exploitation 4, 6 et/ou la supercapacité 24. En variante un pyrocommutateur est disposé sur une des liaisons électriques 92, desservant de préférence plusieurs consommateurs, ce qui évite de surdimensionner la supercapacité 24 ou les des convertisseurs d’exploitation 4, 6. Dans encore une autre variante, un capteur de courant détecte un tel court-circuit et agit sur un interrupteur, par exemple un transistor, pour couper la liaison électrique 92 concernée.
[0081] Les convertisseurs de repos 2 et d’exploitation 4, 6 étant connectés en amont des interrupteurs de puissance 14, 16, 18, le système d’alimentation électrique 1 de la [Fig.l] permet de ne pas avoir besoin de fermer les interrupteurs de puissance 14, 16 pour pouvoir alimenter le réseau de bord 50 par l’intermédiaire des convertisseurs de repos 2 ou d’exploitation 4, 6.
[0082] La [Fig.3] présente un système d’alimentation électrique 111 selon l’invention, qui est une variante de réalisation du mode de réalisation de la [Fig.l]. Dans cette variante, les éléments communs au système d’alimentation électrique 1 sont référencés de la même manière et non redétaillés. Ees composants du système d’alimentation électrique 111 sont intégrés dans un bloc batterie 300 similaire au bloc batterie 3. Ee bloc batterie 300 diffère uniquement du bloc batterie 3 en ce que la batterie de traction est une batterie d’accumulateurs 80 partitionnée en deux blocs 81 et 82 d’accumulateurs électriques, entre lesquels une borne de connexion dite point milieu permet de scinder l’alimentation des deux convertisseurs d’exploitation 4 ,6 en deux alimentations indépendantes. Ainsi le premier convertisseur d’exploitation 4 est alimenté par le bloc 81 en étant connecté en entrée au point milieu et à l’extrémité de la batterie 80 reliée à la borne de connexion haute tension positive 11 par l’intermédiaire du fusible 15 et de l’interrupteur de puissance positif 14. Le deuxième convertisseur d’exploitation 6 est alimenté par le bloc 82 en étant connecté en entrée au point milieu et à l’extrémité de la batterie 80 reliée à la borne de connexion haute tension négative 12 par l’intermédiaire du pyrocommutateur 17 et de l’interrupteur de puissance négatif 16.
[0083] Le système d’alimentation électrique 111 permet ainsi de sécuriser l’alimentation du réseau de bord 50 par une redondance de sources d’énergies. Ainsi en cas de défaillance d’un des blocs 81, 82 d’accumulateurs, le réseau de bord 50 est alimenté par l’autre des blocs 81, 82 ce qui permet aux systèmes sécuritaires du véhicule d’être fonctionnels le temps pour un conducteur du véhicule de stationner celui-ci sur le bas- côté. Les premier et deuxième convertisseurs d’exploitation 4, 6 sont identiques dans cette deuxième variante de réalisation, pour permettre l’équilibrage de la batterie 80. De plus les premier et deuxième convertisseurs d’exploitation 4, 6 fournissent chacun une même quantité d’énergie au réseau de bord 50 pour permettre cet équilibrage, grâce par exemple à un fonctionnement en alternance.
[0084] Dans cette variante de réalisation de l’invention, l’unité de contrôle 20 du convertisseur de repos 2 est alimentée par l’ensemble de la batterie 80, l’étage abaisseur de tension 21 de l’unité de contrôle 20 étant connecté en entrée aux bornes de la batterie de traction 80.
[0085] L’unité de contrôle 40 du premier convertisseur d’exploitation 4 est quant à elle alimentée directement par le bloc 81 d’accumulateurs, l’étage abaisseur de tension 41 de l’unité de contrôle 40 étant connecté en entrée aux bornes du bloc 81 d’ accumulateurs.
[0086] De façon similaire, l’unité de contrôle 60 du deuxième convertisseur d’exploitation 6 est alimentée directement par le bloc 82 d’accumulateurs, l’étage abaisseur de tension 61 de l’unité de contrôle 60 étant connecté en entrée aux bornes du bloc 82 d’ accumulateurs.
[0087] 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. Notamment les caractéristiques des différentes variantes de réalisation de l’invention envisagées dans cette demande, peuvent être combinées pour réaliser l’invention, dans la mesure où ces variantes ne sont pas incompatibles entre elles.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système d’alimentation électrique (1, 111) d’équipements d’un véhicule électrique ou hybride, comportant :
- une batterie de traction (8, 80), apte à fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement d’un groupe motopropulseur électrique du véhicule,
- des interrupteurs de puissance (14, 16, 18) aptes à connecter la batterie de traction (8, 80) au groupe motopropulseur électrique du véhicule, le système d’alimentation électrique (1, 111) étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre :
- au moins un convertisseur courant continu - courant continu (2), connecté en entrée à la batterie de traction (8, 80) en amont des interrupteurs de puissance (14, 16, 18) et en sortie à un réseau de bord (50) du véhicule,
- un circuit de commande (23) du convertisseur courant continu - courant continu (2), et
- un étage abaisseur de tension (21), connecté en entrée à la batterie de traction (8,80) et en sortie à des bornes d’alimentation du circuit de commande (23).
[Revendication 2] Système d’alimentation électrique (1, 111) selon la revendication 1, dans lequel le convertisseur courant continu - courant continu (2) est connecté en entrée à un premier ensemble de cellules (8, 80) de la batterie de traction (8, 80) et l’étage abaisseur de tension (21) est connecté en entrée à un deuxième ensemble de cellules (8, 80) de la batterie de traction (8, 80).
[Revendication 3] Système d’alimentation électrique (1, 111) selon la revendication 2, dans lequel l’étage abaisseur de tension (21) est du type convertisseur à récupération.
[Revendication 4] Système d’alimentation électrique (1, 111) selon les revendications 3, dans lequel l’étage abaisseur de tension (21) comporte en entrée une branche comprenant un premier enroulement (Ll) d’un transformateur et un interrupteur (K) monté en série avec le premier enroulement (Ll), la branche étant connectée à des bornes du deuxième ensemble (8, 80) de cellules de la batterie de traction (8, 80).
[Revendication 5] Système d’alimentation électrique (1, 111) selon la revendication 4, dans lequel la sortie de l’étage abaisseur de tension (21) comporte une capacité (C) et une résistance (R) montés en parallèle l’une par rapport à l’autre aux bornes d’alimentation du circuit de commande (23), l’étage abaisseur de tension (21) comportant en outre une autre branche comportant un deuxième enroulement (L2) du transformateur et une diode (D) montée en série avec le deuxième enroulement (L2), l’autre branche étant connectée aux bornes de la capacité (C).
[Revendication 6] Système d’alimentation électrique (1, 111) selon la revendication 5, dans lequel le ratio entre un nombre de spires (ni) du premier enroulement (Ll) et un nombre de spires (n2) du deuxième enroulement (L2), ainsi qu’une fréquence de hachage de l’interrupteur (K), sont déterminés de sorte à fournir une tension d’alimentation nominale au circuit de commande (23).
[Revendication 7] Système d’alimentation électrique (1, 111) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comportant en outre un organe de stockage d’énergie électrique (24) connecté au réseau de bord (50) en amont d’un boîtier fusible (90) auquel sont connectés des consommateurs du réseau de bord (50).
[Revendication 8] Système d’alimentation électrique (1, 111) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le convertisseur courant continu - courant continu (2) est un convertisseur dit convertisseur de repos, destiné à une alimentation du véhicule lorsque celui-ci est en mode veille, le système d’alimentation électrique (1, 111) comportant en outre au moins un convertisseur courant continu - courant continu (4, 6) dit convertisseur d’exploitation, apte à alimenter le réseau de bord (50) du véhicule lors de phases d’exploitation du véhicule, le convertisseur d’exploitation (4, 6) étant connecté en entrée à la batterie de traction (8, 80) et en sortie au réseau de bord (50) du véhicule.
[Revendication 9] Système d’alimentation électrique (1, 111) selon les revendications 2 et 8, comportant deux convertisseurs d’exploitation (4, 6), connectés chacun en entrée à l’ensemble des cellules de la batterie de traction (8, 80), ou bien connecté l’un (6) à un troisième ensemble (82) de cellules de la batterie de traction (80) et l’autre (4) à un quatrième ensemble (81) de cellules de la batterie de traction (80), le troisième ensemble (82) et le quatrième ensemble (81) formant une partition d’au moins une partie de la batterie de traction (80).
[Revendication 10] Système d’alimentation électrique (1, 111) selon la revendication 8 ou 9, comportant en outre un étage abaisseur de tension (41, 61) et un circuit de commande associés à chaque convertisseur d’exploitation (4, 6), chaque étage abaisseur de tension (41, 61) étant connecté en entrée à la batterie de traction (8,80) et en sortie à des bornes d’alimentation du circuit de commande associé audit convertisseur d’exploitation.
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