Brevet FR2227147A1 — publié le 19741122

La presente invention concerne un véhicule à traction électrique du type comprenant un variateur électrique de vitesse pour alimenter un moteur electrique continu-serie, à partir d'une batterie-, ce variateur comportant, de façon connue en soi, un transistor de decoupage associé à un organe à commande impulsionnelle, une diode de récupération, une inductance de lissage et des moyens de commutation appropriés pour permettre de passer du fonctionnement en moteur au fonctionnement en frein, l'un de ces moyens de commutation étant constitue par deux diodes d'arrêt, et un chargeur de batterie incorporé comportant un transformateur de courant alternatif, un dispositif redresseur et un dispositif pour piloter le courant de charge de la batterie. On sait que dans de tels véhicules à traction électrique, les batteries doivent être rechargées périodiquement à partir du réseau de distribution. Le rôle du chargeur est donc de transformer le courant alternatif du réseau, de le redresser et de le doser à tout moment tout en assurant une parfaite sécurité d'emploi. I1 va de soi par ailleurs que le poids et le coût de ce chargeur doivent être aussi réduits que possible. Or, dans les véhicules a traction électrique que lton connaît à l'heure actuelle, le chargeur de batterie est toujours constitué par un circuit entie- rement indépendant de celui du variateur. De plus, il s'agit généralement d'un circuit complexe et coûteux en raison des éléments qui sont nécessaires pour assurer le dosage précis du courant, notamment dans le cas où la charge est rapide et le chargeur puissant. Le plus souvent, ces éléments sont constitués par des thyristors fonctionnant avec un angle d'amorçage variable. En outre, le facteur de puissance de ces circuits est souvent mauvais et nécessite par conséquent un transformateur sur-dimensionné et lourd. Le but de la présente invention est de remédier à tous ces inconvénients et, pour ce faire, elle a pour objet un véhicule à traction électrique du type susmentionné, qui se caractérise essentiellement en ce que le dispositif de pilotage du courant de charge est constitué par le transistor de découpage, la diode de récupération et l'inductance de lissage du variateur électronique, tandis que le dispositif redresseur est constitué par les deux diodes d'arrêt des moyens de commutation, associées à deuxaitres diodes de manière à former un pont redresseur. On conçoit aisément, qu'en procédant ainsi, on obtient une double économie de poids et de prix, tout en garantissant un fonctionnement à haut rendement. Une telle disposition permet en effet, comme on le verra par la suite, d'obtenir un facteur de puissance du chargeur voisin de I et donc d'utiliser un transformateur dimensionné au plus juste. Un mode d'exécution de l'invention est décrit ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure t représente le schéma d'un variateur de vitesse électronique d'un type connu - la figure 2 représente le schéma d'un chargeur de batterie conforme à l'invention - la figure 3 représente un schéma combiné d'un variateur de vitesse électro nique et d'un chargeur de batterie conforme à l'invention ; et - les figures 4 et 5 sont des diagrammes montrant l'allure des tensions et des courants en différents points du circuit de la figure 2. Le variateur électronique représenté sur la figure I est conçu pour alimenter, à partir d'une batterie V, un moteur électrique continu-série dont l'induit est figuré en J avec ses deux bornes de sortie a et b. On notera des maintenant que ce variateur est d'un type connu et qu'il est par exemple décrit et représenté dans la demande de brevet déposée le aux noms des mêmes demandeurs. Il comprend tout d'abord, connectés en série avec-la batterie V, un transistor de découpage T dont l'électrode de commande est reliée en P à un organe à commande impulsionnelle non représenté, constitué par exemple par un générateur d'impulsions réglables en fréquence et en largeur sous l'influence de la pression exercée par le conducteur du véhicule sur la pédale de l'accélérateur, et une diode de récupération D dont l'anode est connectée au pôle négatif de la batterie.Le circuit comprend en outre une inductance de lissage L, pouvant avantageusement fairçoffice d'enroulement d'excitation inducteur du moteur, dont l'une des extrémités A est reliée en permanence au point de jonction du transistor T avec la diode D. L'autre extrémité B de cette inductance est reliée à la borne a de l'induit J par l'intermédiaire du contact fermé F d'un commutateur à deux positions m permettant de passer du fonctionnement en moteur au fonctionnement en frein avec récupération de l'énergie. Le second contact E de ce commutateur correspond précisément au fonctionnement en moteur avec entraînement du véhicule et il est connecté directement au pôle négatif de la batterie V. La borne de sortie b de l'induit J est par ailleurs reliée au pôle positif de la batterie V par l'intermédiaire d'une première diode d'arrêt D1 et à l'extrémité B de l'inductance L par l'intermédiaire d'une seconde diode d'arrêt D2. On notera que ces deux diodes D et D2 remplacent avantageusement le commutateur mécanique qui est généralement nécessaire à ce niveau pour passer du fonctionnement en frein au fonctionnement en moteur. Le fonctionnement d'un tel variateur est bien connu et ne sera donc pas décrit ici. On pourra d'ailleurs, si besoin est, utilement se reporter à la demande de brevet précitée pour avoir plus de détails. La figure 2 représente le schéma d'un chargeur de batterie selon l'in- vention, destiné à être incorporé à un véhicule à traction électrique équipé du variateur électronique de la figure 1. Ce chargeur comprend tout d'abord successivement un transformateur Tr dont l'enroulement primaire est susceptible d'être branché à une source de tension alternative Vp du réseau de distribution, un dispositif redresseur R et un dispositif C pour piloter le courant de charge de la batterie V. Conformement à l'invention, le dispositif redresseur R est constitué par les deux diodes d'arrêt D1 et D2 du variateur de la figure 1, associées à deux autres diodes D3 et D4 pour former un pont redresseur à diodes. De plus, le dispositif de pilotage C est constitué par le transistor de découpage T, la diode de récupération D et l'inductance de lissage L de ce variateur, connectés de la même manière. On voit par conséquent que dans ce chargeur de batterie, les seuls éléments supplémentaires sont les diodes D3 et D4 qui complètent le pont redresseur et naturellement le transformateur Tr qui est toujours nécessaire pour assurer l'adaptation des tensions réseau et batterie, ainsi que l'isolement galvanique d'avec le réseau. L'utilisation d'un tel chargeur permet donc de réaliser évidemment une double économie de poids et de prix. Le schéma combiné du variateur et du chargeur selon l'invention se présente alors sous la forme du circuit représenté sur la figure 3, qui est d'une simplicité remarquable. On va maintenant décrire le fonctionnement du circuit chargeur de batterie conforme à l'invention en se référant plus particulièrement aux diagrammes des figures 4 et 5 qui montrent en fonction du temps t l'allure des tensions et des courants en différents points du schéma de la figure 2. L'enroulement primaire du transformateur Tr étant branché sur une source de tension alternative Vp du réseau, on obtient au secondaire une tension Vs qui est ensuite redressée dans le dispositif R pour donner à sa sortie une tension redressée Vsr. Lorsqu'une impulsion arrive sur l'électrode de commande P du transistor de découpage T, ce dernier devient conducteur et la tension redressée Vsr est court-circuitée à travers l'inductance L. I1 apparaît alors dans le circuit série constitué par le transistor T et l'inductance L, un courant If qui croît jusqu a une valeur Ifl, après un temps tl au bout duquel le transistor T se bloque à nouveau. En effet, lorsque le transistor T est bloqué, la tension Vsr produit un courant Ir de charge dans le circuit série comprenant la batterie V, la diode D, laquelle est alors polarisée dans le sens conducteur, et l'inductance L. Ce courant Ir décroit depuis la valeur Ifl jusqu a une valeur Irl qu'il atteint après un temps t2 au bout duquel le transistor redevient conducteur. I1 se produit alors un nouveau courant If qui croit entre t2 et t3 de la valeur Irl jusqu'à la valeur If2 et ainsi de suite comme illustré sur le diagramme de la figure 5. I1 ressort donc à l'évidence de ce qui précède qu'en agissant sur le rapport cyclique de commutation du transistor de découpage T, on peut commodé- ment doser le courant Ir de charge de la batterie. On notera cependant que la valeur crête de la tension secondaire redressée Vsr doit être inférieure dans tous les cas à la tension de la batterie V, sinon le courant Ir continuerait à croître à travers la diode D et ne pourrait plus être limité par la commande du transistor T. De plus, on s'aperçoit, en comparant les diagrammes des figures 4 et 5, que la forme du courant IX + Ir est sensiblement la même que celle de la tension redressée Vsr, ce qui permet d'obtenir un facteur de puissance voisin de 1. I1 s'ensuit évidemment que le transformateur peut être dimensionné au plus juste et est utilisé dans les meilleures conditions de rendement. REVENDICATION Véhicule à traction électrique du type comprenant un variateur électronique de vitesse pour alimenter un moteur électrique. continu-série, à partir d'une batterie, ce variateur comportant, de façon connue en soi, un transistor de découpage associé à un organe à commande impulsionnelle, une diode de récu opération, une inductance de lissage et des moyens de commutation appropriés pour permettre de passer du fonctionnement en moteur au fonctionnement en frein, l'un de ces moyens de commutation étant constitué par deux diodes d'arrêt, et un chargeur de batterie incorporé comportant un transformateur de courant alternatif, un dispositif redresseur et un dispositif pour piloter le courant de charge de la batterie, ledit véhicule étant caractérisé en ce que le dispositif de pilotage du courant de charge est constitué par le transistor de découpage, la diode de récupération et l'inductance de lissage du variateur électronique, tandis que le dispositif redresseur est constitué par les deux diodes d'arret des moyens de commutation, associées à deux autres diodes de manière à former un pont redresseur.