Brevet FR2742273A1 — publié le 19970613

La présente invention concerne un dispositif de charge pour un véhicule à batteries comportant au moins une batterie de traction pour l'actionnement d'un moteur électrique et au moins une batterie de bord pour l'alimen- tation d'un réseau de bord, constitué par un montage hacheur commandé et pouvant être connecté, par l'intermé- diaire d'un dispositif de commutation, au choix à la batterie de traction ou, au moyen d'un montage redresseur, à un réseau d'alimentation, ledit montage hacheur étant adjacent, côté sortie, à l'enroulement primaire d'un trans- formateur dont les enroulements secondaires permettent de charger d'une part la batterie de traction pouvant être connectée au moyen du dispositif de commutation, et d'autre part la batterie de bord. Si un véhicule à batteries présente, outre la batterie de traction destinée à actionner un moteur électrique, une batterie de bord destinée à alimenter un réseau de bord, ces batteries peuvent être chargées depuis un réseau d'alimentation au moyen de dispositifs de charge séparés, mais ceci implique un coût correspondant. Pour éviter le coût de dispositifs de charge séparés, il a déjà été proposé d'effectuer la charge de la batterie de traction ainsi que de la batterie de bord au moyen d'un transformateur commun comportant deux enroulements secon- daires, de telle sorte que la batterie de traction puisse être chargée au moyen de l'un, et la batterie de bord au moyen de l'autre des enroulements secondaires. Alors que la batterie de bord peut rester connectée en permanence à l'enroulement secondaire associé du transformateur, la batterie de traction n'est reliée au transformateur, au moyen d'un dispositif de commutation, que pour le mode de charge. Pour alimenter le transformateur avec des impul- sions de tension à haute fréquence, il est prévu un montage hacheur, pouvant être raccordé au choix, au moyen du35 dispositif de commutation, à la batterie de traction ou, au moyen d'un montage redresseur, au réseau d'alimentation. La régulation de tension pour le transformateur est effectuée au moyen d'un dispositif de commande du montage hacheur en fonction d'une part de la tension de charge et du courant de charge de la batterie de traction, et d'autre part de la tension de la batterie de bord, suivant la position du dispositif de commutation. En mode de charge, la batterie de traction est donc chargée à partir du réseau d'alimenta- tion, en tenant compte du courant de charge et de la tension de charge. Par la commutation du mode de charge en mode de traction, la batterie de traction est séparée du transformateur et connectée au montage hacheur, de sorte que la batterie de bord peut être chargée à partir de la batterie de traction au moyen du transformateur, en fonction de sa tension. L'enroulement secondaire pour la charge à la fois de la batterie de traction se trouve alors en circuit ouvert. Un tel dispositif de charge permet certes une charge à la fois de la batterie de traction et de la batterie de bord, séparées galvaniquement, au moyen d'un transformateur commun, mais le montage hacheur doit être manipulé moyennant un coût relativement élevé pour la commande de tension, du fait que les tensions d'entrée du mode de charge et du mode de traction sont très différen- tes, des modifications du taux d'impulsions pouvant avoir des conséquences défavorables sur le rendement et le dimensionnement du transformateur et du commutateur du montage hacheur. En outre, il est connu (AT-B-400 555), pour charger une batterie de traction d'un véhicule à batteries, de charger un circuit de commutation intermédiaire au moyen d'un dispositif de réglage vers le haut commandé et adja- cent, côté entrée, à un montage redresseur, en fonction du courant de charge et de la tension de charge de la batterie de traction, de telle sorte que la charge de la batterie puisse être effectuée de manière simple au moyen dudit circuit intermédiaire. En tout état de cause, ce dispositif de charge n'est adapté qu'à la charge de la batterie de traction. L'invention a donc pour but d'améliorer un dispositif de charge pour un véhicule à batteries de la technique décrite au début, de manière à permettre, avec une commande simple, une charge avantageuse de la batterie de traction ainsi que de la batterie de bord, tout en garantissant une exploitation optimale du transformateur. L'invention atteint ce but en prévoyant qu'un convertisseur de tension électronique, comportant un dispositif de commande, est monté de manière connue en soi en amont du montage hacheur activé avec un taux d'impul- sions prédéterminé, ledit dispositif de commande activant la tension d'entrée du montage hacheur par l'intermédiaire du convertisseur de tension dans la position de commutation du dispositif de commutation correspondant à la charge de la batterie de traction en fonction de la tension de charge et du courant de charge, et dans la position de commutation correspondant au mode de traction, en fonction de la tension de la batterie de bord. Dans le cas d'une activation correspondante du convertisseur de tension électronique, le montage hacheur peut recevoir une tension d'entrée prédéfinie telle que des tensions ou des courants déterminé(e)s peuvent être prélevé(e)s sur les enroulements secondaires du transforma- teur, sans devoir procéder à une intervention de commande supplémentaire par une modification du taux d'impulsions du montage hacheur. Le montage hacheur peut en conséquence être mis en fonctionnement avec un taux d'impulsions constant prédéfini, ce qui permet une exploitation optimale du transformateur. L'activation du convertisseur de tension électronique peut alors être supprimée de manière relati- vement simple, car en mode de charge pour la batterie de traction, il suffit d'obtenir une dépendance correspondante de la tension de sortie du convertisseur de tension par rapport à la tension de charge ou au courant de charge de la batterie de traction. Par un choix approprié du taux d'impulsions, on peut en outre obtenir du réseau d'alimen- tation une absorption de courant comportant peu d'harmoni- ques. Pendant le mode de traction, c'est-à-dire lorsque la batterie de traction est déconnectée du transformateur, une tension d'entrée peut être prédéfinie au moyen du convertisseur de tension électronique du montage hacheur, ladite tension d'entrée assurant une tension adaptée à la tension du réseau de bord à l'enroulement secondaire du transformateur associé à la batterie de bord. A cette fin, la tension de la batterie de bord ou du réseau de bord peut être détectée, et conduite au dispositif de commande pour le convertisseur de tension électronique. Du fait que les enroulements secondaires du transformateur ont une configu- ration correspondant aux tensions de charge maximales admissibles de la batterie de traction ou de la batterie de bord, on obtient pour la tension de sortie du convertisseur de tension une plage au moins sensiblement constante aussi bien pour le mode de traction que pour le mode de charge. Sur la figure unique du dessin annexé est illus- tré l'objet de l'invention à l'aide d'un exemple, avec un schéma fonctionnel représentant un dispositif de charge suivant l'invention pour véhicule à batteries. Le dispositif de charge représenté est associé à une batterie de traction 1 d'un véhicule à batteries non représenté en détail, équipé, outre la batterie de traction 1, d'une batterie de bord 2 séparée pour alimenter un réseau de bord. Ce dispositif est constitué essentiellement par un montage redresseur 3, qui alimente, au moyen d'un convertisseur de tension 4 électronique, un montage hacheur , auquel est connecté côté sortie l'enroulement primaire 6 d'un transformateur 7. A l'enroulement primaire 6 du transformateur 7 est à chaque fois associé un enroulement secondaire 8, 9 pour les deux batteries 1 et 2. Alors que l'enroulement secondaire 9 est connecté en permanence, au moyen d'un montage redresseur constitué par deux diodes 10 et un condensateur de filtrage 11, à la batterie de bord 2, un dispositif de commutation 12 est prévu entre la batterie de traction 1 et l'enroulement secondaire 8 connecté également à un montage redresseur constitué par deux diodes et un condensateur de filtrage 11, ledit dispositif de commutation connectant la batterie de traction 1 au choix soit à l'enroulement secondaire 8 soit à l'entrée du convertisseur de tension 4 électronique par l'intermédiaire d'un condensateur 13. Au moyen de ce dispositif de commuta- tion 12, pouvant être activé par une commande de réglage associée 14, le montage redresseur 3 peut en outre être appliqué à un réseau d'alimentation au moyen d'un montage de filtrage 15, pour pouvoir charger la batterie de traction 1 à partir du réseau d'alimentation. A cette fin, le commutateur 12 passe de la position de commutation (dessinée ici) correspondant au mode de traction à la position de commutation correspondant au mode de charge, de sorte que le montage redresseur 3 est adjacent au réseau d'alimentation, et que la batterie de traction est reliée à l'enroulement secondaire 8 du trans- formateur 7. Au moyen du convertisseur de tension 4 alimenté par le montage redresseur 3, un condensateur 16 est chargé de telle façon qu'une tension de charge corres- pondante s'établit pour la batterie de traction 1, du fait du taux d'impulsions constant prédéfini du montage hacheur , sur l'enroulement secondaire 8 du transformateur 7. Cette tension de charge est détectée au moyen d'un codeur de tension 17 et conduite à un dispositif de commande 18 recevant également le courant de charge détecté au moyen d'un codeur de courant 19, de sorte que le convertisseur de tension 4 peut être commandé, en fonction du courant de charge et de la tension de charge, de telle sorte que la charge de la batterie de traction 1 soit effectuée en fonction d'une caractéristique de charge prédéfinie. Différentes configurations peuvent être utilisées pour le convertisseur de tension. Des conditions particulièrement simples résultent d'un convertisseur de tension 4 réalisé sous la forme d'un dispositif de réglage vers le haut, tel qu'il est représenté sur le dessin, avec une interconnexion entre une bobine de self 20, un transistor 21 et une diode 22. Une activation appropriée du transistor 21 au moyen du dispositif de commande 18 permet non seulement de commander le processus de charge de la batterie de traction 1, mais également d'assurer une absorption de courant sinusoïdale, comportant peu d'harmoniques, à partir du réseau d'alimen- tation. Suivant l'exemple de réalisation, le montage hacheur 5 est réalisé sous la forme d'un montage en pont en push-pull comportant quatre transistors 23 et quatre diodes 24 qui court- circuitent lesdits transistors 23. Le taux d'impulsions de ce montage en pont en push-pull est prédéfini de manière fixe par un dispositif de commande associé 25, de sorte que la tension de sortie n'est pas déterminée par le taux d'impulsions, mais par la grandeur de la tension appliquée au condensateur 16 côté entrée. Etant donné que les enroulements secondaires 8 et 9 du transformateur 7 sont configurés de telle sorte que les tensions de charge maximales admissibles sont obtenues à la fois pour la batterie de traction 1 et la batterie de bord 2, en mode de charge on obtient aussi pour la batterie de traction 1 une alimentation correspondante de la batterie de bord 2 ou du réseau de bord. En mode de traction, on peut alors prendre en compte notamment les conditions régnant dans le réseau de bord, car dans ce cas la batterie de traction 1 est séparée du transformateur 7 et le convertisseur de tension 4 est alimenté au moyen de la batterie de traction 1 en une tension continue qui, en fonction de la tension de la batterie de bord 2 détectée par un codeur de tension associé 26, peut être mise à une tension correspondante, à la sortie du convertisseur de tension 4, cette dernière tension prenant en compte l'état de charge respectif de la batterie de bord 2. A cette fin, le dispositif de commande 18 doit bien entendu être alimenté en fonction de la position du commutateur 12. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisa- tion qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées ci-dessus. REVENDICATION Dispositif de charge pour un véhicule à batteries comportant au moins une batterie de traction pour actionner un moteur électrique et au moins une batterie de bord pour alimenter un réseau de bord, constitué par un montage hacheur commandé et pouvant être connecté, par l'intermé- diaire d'un dispositif de commutation, au choix à la batterie de traction ou, au moyen d'un montage redresseur, à un réseau d'alimentation, ledit montage hacheur étant adjacent, côté sortie, à l'enroulement primaire d'un transformateur dont les enroulements secondaires permettent de charger d'une part la batterie de traction pouvant être connectée au moyen du dispositif de commutation, et d'autre part la batterie de bord, caractérisé en ce qu'un conver- tisseur de tension (4) électronique, comportant un disposi- tif de commande (18), est monté de manière connue en soi en amont du montage hacheur (5) activé avec un taux d'impul- sions prédéterminé, ledit dispositif de commande activant la tension d'entrée du montage hacheur (5) par l'intermé- diaire du convertisseur de tension (4) dans la position de commutation du dispositif de commutation (12) correspondant à la charge de la batterie de traction (1) en fonction de la tension de charge et du courant de charge, et dans la position de commutation correspondant au mode de traction, en fonction de la tension de la batterie de bord (2).