Brevet FR2974462A1 — publié le 20121026

-1- DISPOSITIF DE CHARGE ET PROCEDE ASSOCIE La présente invention concerne le domaine des dispositifs de charge des moyens d'accumulation des équipements de commande des moteurs électriques. Les sources d'alimentation permettant de recharger des moyens d'accumulation comme par 5 exemple une batterie d'un véhicule électrique sont généralement des sources de tension alternative alors que les batteries fonctionnent avec une tension continue. Ainsi, il est nécessaire de convertir la tension délivrée par la source d'alimentation pour pouvoir recharger la batterie. Par ailleurs, la tension obtenue après conversion en tension continue est généralement différente de la charge acceptable par la batterie. Il convient alors 10 d'adapter la tension fournie à la charge acceptable par la batterie. D'autre part, afin de limiter le coût et le poids des véhicules, la tendance des constructeurs automobiles est de se brancher sur les phases du moteur pour effectuer la recharge de la batterie, ce qui permet d'optimiser le nombre de composants utilisés. Néanmoins, cela peut engendrer des pertes de rendement car les phases du moteur ne sont pas configurées pour la charge des 15 batteries. Des problèmes acoustiques, vibratoires ou électromagnétiques peuvent également être générés par le passage du courant dans les phases du moteur. La nécessité est donc de proposer un dispositif et un procédé de charge permettant de limiter le nombre de composants additionnels tout en limitant les pertes et en évitant les problèmes 20 acoustiques, vibratoires ou électromagnétiques liés notamment aux inductances du dispositif de charge. Ainsi, les modes de réalisation de la présente invention concernent un dispositif de charge de moyens d'accumulation d'un équipement de commande d'un moteur électrique, ledit équipement 25 de commande comprenant: - un onduleur de tension destiné à alimenter des phases du moteur électrique, et - un convertisseur de tension continue-continue connecté aux moyens d'accumulation et destiné à alimenter l'onduleur de tension par le biais de deux bornes électriques de liaison, caractérisé en ce que le dispositif de charge comprend : CFR0432 (ES7605) 2974462 -2- - ledit convertisseur de tension continue-continue, et - un module de conversion de tension alternative-continue et de correction d'un facteur de puissance, ledit module étant connecté d'une part aux deux bornes électriques de liaison et destiné à être connecté d'autre part à une source d'alimentation lors des phases de charge des moyens d'accumulation. Selon un autre aspect de la présente invention, le module comprend au moins deux branches montées en parallèle entre deux bornes de sortie dudit module, lesdites branches comprenant une première et une deuxième parties montées en série, lesdites première et deuxième parties comprenant un interrupteur monté en série avec une diode, les points milieux desdites branches, séparant lesdites première et deuxième parties, étant destinés à être connectés à la source d'alimentation lors des phases de charge, et les deux bornes de sortie étant reliées respectivement aux deux bornes électriques de liaison. Selon un autre aspect de la présente invention, le module comprend trois branches montées en parallèle entre deux bornes de sortie. Selon un autre aspect de la présente invention, le convertisseur de tension continue-continue est isolé galvaniquement. Selon un autre aspect de la présente invention, le convertisseur de tension continue-continue est un élévateur de tension. Selon un autre aspect de la présente invention, le convertisseur de tension continue-continue 25 est un abaisseur de tension. Selon un autre aspect de la présente invention, le convertisseur de tension continue-continue est un élévateur-abaisseur de tension. 30 Selon un autre aspect de la présente invention, l'onduleur de tension comprend des branches CFR0432 (ES7605) 2974462 -3- montées en parallèle entre deux bornes d'entrée, lesdites branches comprenant une première et une deuxième parties montées en série, lesdites première et deuxième parties comprenant un interrupteur, les points milieux desdites branches étant reliés à des phases respectives du moteur, et les deux bornes d'entrée étant reliées aux deux bornes électriques de liaison. Selon un autre aspect de la présente invention, les moyens d'accumulation sont une batterie rechargeable haute tension. L'invention concerne également un procédé de charge de moyens d'accumulation d'un 10 équipement de commande d'un moteur électrique, ledit équipement de commande comprenant: - un onduleur de tension destiné à alimenter des phases du moteur électrique, et - un convertisseur de tension continue-continue connecté aux moyens d'accumulation, et destiné à alimenter l'onduleur de tension par le biais de deux bornes électriques de liaison, caractérisé en ce que le procédé comprend : 15 - la connexion d'un module de conversion de tension alternative-continue et de correction d'un facteur de puissance d'une part aux deux bornes électriques de liaison et d'autre part à une source d'alimentation, - la charge des moyens d'accumulation, le module réalisant une absorption sinusoïdale du courant issu de la source d'alimentation et le convertisseur de tension continue-continue adaptant 20 la tension issue du module à la tension des moyens d'accumulation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possible. Sur ces dessins: - la figure 1 représente un schéma simplifié d'un équipement de commande d'un moteur électrique et du dispositif de charge associé; 30 - la figure 2 représente un schéma électrique d'un onduleur de tension alimentant les phases CFR0432 (ES7605) 5 2974462 -4- d'un moteur électrique; - la figure 3 représente un schéma électrique d'un circuit élévateur de tension; - la figure 4 représente un schéma électrique d'un circuit abaisseur de tension; - la figure 5 représente un schéma électrique d'un circuit abaisseur-élévateur de tension; 5 - la figure 6 représente un schéma électrique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de charge comprenant un redresseur de tension connecté à un réseau monophasé; - la figure 7 représente un schéma électrique d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de charge comprenant un redresseur de tension connecté à un réseau triphasé; - la figure 8 représente un schéma électrique d'un équipement de commande d'un moteur 10 électrique et d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif de charge associé; - la figure 9 représente un schéma électrique d'un pont de diode; - la figure 10 représente un schéma électrique d'un équipement de commande d'un moteur électrique et d'un quatrième mode de réalisation d'un dispositif de charge associé; 15 Sur toutes les figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Dans la description qui va suivre, on désigne de façon générale : Le terme « transistor bipolaire à grille isolée (« insulated gate bipolar transistor (IGBT) » en 20 anglais) correspond à un transistor regroupant un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (« metal-oxyd semiconductor field effect transistor (MOSFET) » en anglais) en entrée et un transistor bipolaire en sortie. La figure 1 représente un schéma simplifié de l'équipement de commande 1 d'un moteur 25 électrique 3 et d'un dispositif de charge associé 5 destiné à permettre la charge des moyens d'accumulation 7. Les moyens d'accumulation 7 sont par exemple une batterie rechargeable haute tension. Le moteur électrique 3 est par exemple un moteur électrique triphasé. L'équipement de commande 1 comprend un convertisseur de tension continue-continue 9 destiné à adapter la tension issue de la batterie 7, et un convertisseur de tension continue- alternative 11 (encore appelé onduleur de tension) destiné à alimenter des phases 13 du moteur 3. CFR0432 (ES7605) 2974462 -5- Le dispositif de charge 5 comprend le convertisseur de tension continu-continu 9 et un module de conversion de tension alternative-continue et de correction du facteur de puissance 15 connecté aux bornes électriques de liaison 17 et 19 situées entre le convertisseur de tension continue-continue 9 et le convertisseur de tension continue-alternative 11. Le module 15 est 5 destiné à être relié à une source d'alimentation 21 lors des phases de charge de la batterie 7. Ainsi, le module 15 réalise la conversion de la tension alternative fournie par la source d'alimentation 21, par exemple un réseau de tension monophasé ou triphasé, en une tension continue. De plus, afin de limiter les pertes lors de la charge, le module 15 est configuré de manière à réaliser une correction du facteur de puissance c'est-à-dire une absorption sinusoïdale 10 du courant fourni par la source d'alimentation 21. L'idée générale de la correction du facteur de puissance est de réduire au maximum la formation des harmoniques correspondant à une déformation du signal fourni par la source d'alimentation 21. En effet, les charges non linéaires des dispositifs électriques branchés sur la source 15 d'alimentation entraînent l'apparition d'harmoniques qui déforment le signal de la source d'alimentation. Pour pallier à cela, un circuit de correction du facteur de puissance est positionné entre la source d'alimentation et le dispositif électrique. Le but d'un circuit de correction du facteur de puissance est donc de faire apparaître les circuits électriques branchés sur la source d'alimentation 21 comme une résistance pure pour la source d'alimentation 21 malgré la 20 présence d'éléments non linéaires dans ce dispositif électrique. Le facteur de puissance correspond au rapport de la puissance active sur la puissance apparente. La puissance active P s'exprime par P - ' avec U la tension, I le courant et 1 le déphasage entre la tension et le courant. 25 La puissance apparente S s'exprime par Ainsi le circuit de correction du facteur de puissance tend à ramener le facteur de puissance à 1 en mettant le courant et la tension en phase (ce qui arrive lorsque l'on a une résistance pure). La figure 2 décrit un exemple de réalisation d'un convertisseur de tension continue- 30 alternative 11 correspondant à un onduleur de tension à pont triphasé 23. L'onduleur de tension à CFR0432 (ES7605) 2974462 -6- pont triphasé 23 comprend six interrupteurs 25, généralement composés d'un transistor de type IGBT 27 monté en parallèle avec une diode 29. Lesdits six interrupteurs 25 sont répartis sur trois branches, le point milieu (situé entre les deux interrupteurs 25) de chaque branche étant relié à une phase 13 respective du moteur électrique 3. Le moteur électrique 3 étant représenté 5 schématiquement par les bobinages de ses phases 13. La figure 3 présente un exemple de réalisation d'un convertisseur de tension continue-continue 9. Sur cette figure, le convertisseur de tension continue-continue 9 est un circuit élévateur de tension (« boost » en anglais) 31. Cependant, il est à noter qu'un circuit abaisseur de tension (« buck » en anglais) 45 (cf. fig.4) ou un circuit élévateur-abaisseur (« boost-buck » en 10 anglais) 51 (cf.fig.5) peuvent également être utilisés dans le cadre des modes de réalisation de la présente invention. Le convertisseur de tension continue-continue 9 de la figure 3 est constitué d'une branche 33 comprenant deux interrupteurs 35 montés en série et d'un élément inductif 37 relié au point milieu (entre les interrupteurs 35) de la branche 33. Comme pour l'onduleur de tension 23, les 15 interrupteurs 35 sont généralement formés d'un transistor de type IGBT 39 monté en parallèle avec une diode 41 ce qui permet d'obtenir un convertisseur réversible, c'est-à-dire que la conversion peut se faire aussi bien des bornes d'entrée vers les bornes de sortie que l'inverse. Dans ce dernier cas, le convertisseur devient alors un circuit abaisseur de tension. Dans le sens élévateur, le convertisseur de tension continue-continue 9 délivre en sortie une tension supérieure 20 ou égale à la tension fournie en entrée, c'est-à-dire par la batterie 7 dans le cas présent. Une capacité 43 est introduite entre les bornes électriques de liaison 17 et 19 afin de contrôler la tension. Le convertisseur de tension continue-continue 9 de la figure 4 correspond à un circuit abaisseur de tension 45. Le circuit abaisseur 45 comprend deux interrupteurs 47 et un élément 25 inductif 49. Ce circuit abaisseur 45 correspond au circuit élévateur 31 de la figure 3 dans lequel on a inversé les bornes d'entrée et de sortie. Comme dans le circuit élévateur en figure 3, une capacité 43 est branchée sur les bornes de sortie 17, 19 afin de contrôler la tension. La figure 5 présente un autre exemple de réalisation d'un convertisseur de tension continue-continue 9 qui est un circuit élévateur-abaisseur 51. Ce convertisseur de tension continue- 30 continue 9 comprend quatre interrupteurs 53 et un élément inductif 55. Il est constitué de 2 CFR0432 (ES7605) 2974462 -7- branches 54 comprenant chacune deux interrupteurs 53 montés en série. Un élément inductif 55 relie les points milieux (entre les interrupteurs 53) des branches 54. Comme dans les circuits en figures 3 et 4, une capacité 43 est branchée sur les bornes de sortie 17, 19 afin de contrôler la tension. 5 La figure 6 représente un mode de réalisation d'un module de conversion de tension alternative-continue et de correction du facteur de puissance 15 destiné à être connecté à une source d'alimentation 21 correspondant à un réseau de tension monophasé 56. Le module 15 comprend un premier circuit redresseur 57. Le premier circuit redresseur 57 comprend deux branches montées en parallèle entre deux bornes de sortie 58 et 60. Chaque branche comporte 10 une première et une deuxième parties montées en série. Chaque partie comprend un interrupteur 59 monté en série avec une diode 61. Les points milieux 63 et 65 desdites branches, séparant lesdites première et deuxième parties, sont destinés à être connectés au réseau de tension monophasé 56 lors des phases de charge. Les deux bornes de sortie 58 et 60 sont reliées respectivement aux deux bornes électriques de 15 liaison 17 et 19 du schéma de la figure 1. Ainsi, la tension alternative fournie par le réseau de tension monophasé 56 est convertie en tension continue par le premier circuit redresseur 57 puis la valeur de la tension continue est ajustée par le convertisseur de tension continue-continue 9 afin de délivrer la tension adéquate à la batterie 7. De plus, le premier circuit redresseur 57 est configuré pour réaliser une correction 20 du facteur de puissance du courant délivré par le réseau de tension monophasé 56. La figure 7 représente un autre mode de réalisation d'un module de conversion de tension alternative-continue et de correction du facteur de puissance 15 destiné à être connecté à une source d'alimentation 21 correspondant à un réseau de tension triphasé 67. Le module 15 comprend un deuxième circuit redresseur 69. Le deuxième circuit redresseur 69 comprend trois 25 branches montées en parallèle entre deux bornes de sortie 70 et 72. Chaque branche comprend une première et une deuxième parties montées en série. Chaque partie comporte un interrupteur 71 monté en série avec une diode 73. Les points milieux 75, 77 et 79 desdites branches séparant lesdites première et deuxième parties sont destinés à être connectés au réseau de tension triphasé 67 lors des phases de charge. Les deux bornes de sortie 70 et 72 sont reliées respectivement aux 30 deux bornes électriques de liaison 17 et 19 du schéma de la figure 1. CFR0432 (ES7605) 2974462 -8- Ainsi, la tension alternative fournie par le réseau de tension triphasé 67 est convertie en tension continue par le deuxième circuit redresseur 69, puis la valeur de la tension continue est ajustée par le convertisseur de tension continue-continue 9 afin de délivrer la tension adéquate à la batterie 7. De plus, le deuxième circuit redresseur 69 est configuré pour réaliser une correction 5 du facteur de puissance du courant délivré par le réseau de tension triphasé 67 afin de réduire les pertes au maximum durant la charge de la batterie 7. La figure 8 représente un schéma d'un autre mode de réalisation d'un module de conversion de tension alternative-continue et de correction du facteur de puissance 15 destiné à être connecté à une source d'alimentation 21 correspondant à un réseau de tension monophasé 56. 10 Dans cet exemple, le convertisseur de tension continue-continue 9 est un élévateur de tension 31 tel que celui présenté sur la figure 3. Le module 15 comprend un pont de diodes 81 (aussi appelé pont de Graëtz) qui permet la conversion de la tension alternative fournie par le réseau 56 en une tension continue. Le module 15 comprend en outre un convertisseur élévateur 83 connecté aux bornes de sortie 85 et 86 du pont de diodes 81 et qui permet de réaliser l'absorption sinusoïdale 15 du signal converti par le pont de diodes 81. Un pont de diodes 81 tel que représenté sur la figure 9 comprend deux branches montées en parallèle entre deux bornes de sortie 85 et 86, chaque branche comprenant deux diodes 87 montées en série. Les points milieux (situés entre les deux diodes 87 montées en série) de chaque branche sont reliés aux bornes d'entrée 89 et 90 (connectées au réseau 56 sur la figure 8) du pont 20 de diode 81. Par rapport au convertisseur de tension continue-continue 9 illustré en figure 3, dans le convertisseur élévateur 83 de la figure 8, l'interrupteur connecté à la borne électrique de liaison 19 est remplacé par une diode 91. En effet, le pont de diode 81 n'étant pas réversible, il n'est pas nécessaire que le convertisseur élévateur 83 soit réversible de sorte que l'interrupteur peut être 25 remplacé par la diode 91. L'interrupteur 93 et l'impédance 95 sont connectés respectivement aux bornes 85 et 86 du pont de diode 81, tandis que les bornes de sortie du convertisseur élévateur 83 sont reliées aux bornes électriques de liaison 17 et 19. La figure 10 représente un autre mode de réalisation d'un module de conversion de tension alternative-continue et de correction du facteur de puissance 15 destiné à être connecté à une 30 source d'alimentation 21 correspondant à un réseau de tension monophasé 56. Dans cet exemple, CFR0432 (ES7605) 2974462 -9- le convertisseur de tension continue-continue 9 est un circuit abaisseur de tension 45 tel que celui présenté sur la figure 4. Dans ce mode de réalisation, le module 15 comprend un pont de diodes 81. Par exemple, le pont de diode 81 correspond au pont de diodes présenté sur la figure 9. Le module 15 comprend en outre un convertisseur 97 assurant l'absorption sinusoïdale et l'élévation 5 de tension. Le convertisseur 97 comprend une branche comportant deux interrupteurs 99 montés en série. Une première extrémité de la branche est reliée d'une part à la première borne de sortie 85 du pont de diodes 81 et d'autre part à la borne électrique de liaison 17. Une deuxième extrémité de la branche est reliée à la deuxième borne électrique de liaison 19. Le point milieu de la branche (situé entre les deux interrupteurs 99) est relié à la deuxième borne de sortie 86 du 10 pont de diodes 81. Il est à noter qu'avec le mode de réalisation présenté en figure 10, il n'est pas nécessaire d'introduire une capacité entre les bornes électriques de liaison 17 et 19 car la tension est déjà contrôlée du fait de l'absence d'impédance dans le dispositif de charge. Les modes de réalisation de modules de conversion de tension alternative-continue et de 15 correction du facteur de puissance 15 présentés précédemment sont représentatifs mais non limitatifs de sorte que l'invention s'étend à toutes les configurations de modules de conversion de tension alternative-continue, par exemple une configuration similaire à un onduleur dans le cas d'une source de tension triphasée. Selon un mode de réalisation alternatif, le convertisseur de tension continue-continue 9 peut 20 être isolé galvaniquement afin de respecter les normes de compatibilité électromagnétiques (CEM) et assurer la sécurité des usagers. Le dispositif de charge 5 et le procédé de charge selon l'invention permettent une charge efficace de la batterie 7 tout en réutilisant certains composants de l'équipement de commande 1. En effet, le convertisseur de tension continue-continue 9 de l'équipement de commande 1 est 25 réutilisé dans le dispositif de charge 5, ce qui permet de limiter le nombre de composants nécessaires au dispositif de charge 5. En outre, grâce au module de conversion de tension alternative-continue et de correction du facteur de puissance 15 connecté aux bornes électriques de liaison 17 et 19, les inductances correspondant aux phases 13 du moteur 3 ne sont pas utilisées lors de la charge des moyens 30 d'accumulation 7. Ainsi, les problèmes acoustiques, vibratoires ou électromagnétiques, en CFR0432 (ES7605) 2974462 -10- particulier ceux liés à un passage de courants dans les phases 13 du moteur 3, sont réduits voire supprimés. En outre, durant la charge des moyens d'accumulation 7, les pertes de rendement sont diminuées car le module de conversion de tension alternative-continue et de correction du facteur 5 de puissance 15 est configuré pour la charge de la batterie 7. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits. En particulier, la source d'alimentation 21 peut présenter une ou plusieurs phases ; le moteur électrique 3 peut présenter un nombre de phases supérieur ou inférieur à 3. CFR0432 (ES7605) REVENDICATIONS1. Dispositif de charge (5) de moyens d'accumulation (7) d'un équipement de commande (1) d'un moteur électrique (3), ledit équipement de commande (1) comprenant: - un onduleur de tension (11) destiné à alimenter des phases (13) du moteur électrique (3), et - un convertisseur de tension continue-continue (9) connecté aux moyens d'accumulation (7) et destiné à alimenter l'onduleur de tension (11) par le biais de deux bornes électriques de liaison (17 et 19), caractérisé en ce que le dispositif de charge (5) comprend : - ledit convertisseur de tension continue-continue (9), et - un module de conversion de tension alternative-continue et de correction d'un facteur de puissance (15), ledit module (15) étant connecté d'une part aux deux bornes électriques de liaison (17 et 19) et destiné à être connecté d'autre part à une source d'alimentation (21) lors des phases de charge des moyens d'accumulation (7). 2. Dispositif de charge (5) selon la revendication 1, dans lequel le module (15) comprend au moins deux branches montées en parallèle entre deux bornes de sortie (58 et 60 ; 70 et 72) dudit module (15), lesdites branches comprenant une première et une deuxième parties montées en série, lesdites première et deuxième parties comprenant un interrupteur (59, 71) monté en série avec une diode (61, 73), les points milieux (63 et 65 ; 75, 77 et 79) desdites branches, séparant lesdites première et deuxième parties, étant destinés à être connectés à la source d'alimentation (21) lors des phases de charge, et les deux bornes de sortie (58 et 60 ; 70 et 72) étant reliées respectivement aux deux bornes électriques de liaison (17 et 19). 3. Dispositif de charge (5) selon la revendication 2, dans lequel le module (15) comprend trois branches montées en parallèle entre deux bornes de sortie (70 et 72). 4. Dispositif de charge (5) selon l'une des revendications précédentes dans CFR0432 (ES7605)-12- lequel le convertisseur de tension continue-continue (9) est isolé galvaniquement. 5. Dispositif de charge (5) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le convertisseur de tension continue-continue (9) est un élévateur de tension (31). 6. Dispositif de charge (5) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le convertisseur de tension continue-continue (9) est un abaisseur de tension (45). 7. Dispositif de charge (5) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le 10 convertisseur de tension continue-continue (9) est un élévateur-abaisseur de tension (51). 8. Dispositif de charge (5) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'onduleur de tension (11) comprend des branches montées en parallèle entre deux bornes d'entrée, lesdites branches comprenant une première et une deuxième parties montées 15 en série, lesdites première et deuxième parties comprenant un interrupteur (25), les points milieux desdites branches étant reliés à des phases respectives (13) du moteur (3), et les deux bornes d'entrée étant reliées aux deux bornes électriques de liaison (17 et 19). 9. Dispositif de charge (5) selon l'une des revendications précédentes, dans 20 lequel les moyens d'accumulation (7) sont une batterie rechargeable haute tension. 10. Procédé de charge de moyens d'accumulation (7) d'un équipement de commande (1) d'un moteur électrique (3), ledit équipement de commande (1) comprenant: - un onduleur de tension (11) destiné à alimenter des phases (13) du moteur électrique (3), et 25 - un convertisseur de tension continue-continue (9) connecté aux moyens d'accumulation (7) et destiné à alimenter l'onduleur de tension (11) par le biais de deux bornes électriques de liaison (17 et 19), caractérisé en ce que le procédé comprend : - la connexion d'un module de conversion de tension alternative-continue et de correction 30 d'un facteur de puissance (15) d'une part aux deux bornes électriques de liaison (17 et 19) et CFR0432 (ES7605) 2974462 -13- d'autre part à une source d'alimentation (21), - la charge des moyens d'accumulation (7), le module (15) réalisant une absorption sinusoïdale du courant issu de la source d'alimentation (21) et le convertisseur de tension continue-continue (9) adaptant la tension issue du module (15) à la tension des moyens 5 d'accumulation (7). CFR0432 (ES7605)