Brevet FR2962863A1 — publié le 20120120

La présente invention se rapporte à un chargeur d'un conteneur d'énergie de type batterie sur un véhicule automobile électrique. Elle porte aussi sur une station de recharge de batterie équipée d'au moins un tel conteneur d'énergie. Certains véhicules automobiles, comme les véhicules électriques ou hybrides, comprennent une batterie pour l'alimentation d'un moteur d'entraînement électrique. Une telle batterie nécessite régulièrement sa charge puisqu'elle se décharge lors de son utilisation. 10 Afin d'éviter une immobilisation du véhicule le temps de la recharge de la batterie, il peut se révéler intéressant d'échanger cette batterie lorsque son niveau d'énergie est faible contre une nouvelle batterie chargée. La batterie déchargée est alors rechargée pour une future utilisation. En variante, la 15 batterie peut être directement chargée sur le véhicule automobile, sans démontage. Dans tous les cas, les phases de charge de batterie exigent une installation particulière remplissant non seulement la fonction de charge mais aussi 20 d'autres fonctions complémentaires. Par exemple, lors de la charge d'une batterie, elle s'échauffe fortement, d'autant plus si cette charge est rapide. Ainsi, il est souvent conseillé de mettre en place un dispositif de refroidissement de la batterie pour ne pas dépasser des températures risquant de l'endommager. 25 L'invention s'intéresse à l'optimisation des phases de charge des batteries d'entraînement de véhicules automobiles. A cet effet, l'invention repose sur un chargeur pour batterie d'entraînement 30 d'un véhicule automobile, comprenant une sortie électrique haute tension adaptée pour la charge d'une batterie d'entraînement d'un véhicule5 automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une partie thermique pour créer un fluide de refroidissement du chargeur et/ou d'une batterie. Le chargeur pour batterie d'entrainement peut comprendre en outre une sortie adaptée pour une communication avec un calculateur d'une batterie. Il peut aussi comprendre une sortie électrique basse tension adaptée pour l'alimentation électrique d'un calculateur d'une batterie. Il peut comprend un superviseur qui met en oeuvre la gestion du chargement d'une batterie, le diagnostic d'une batterie et le refroidissement d'une batterie. Il peut comprendre un connecteur Ethernet et/ou un réseau et driver CAN relié(s) au superviseur et apte(s) à sa liaison vers l'extérieur. Il peut comprendre une entrée électrique pour son alimentation électrique. Il peut comprendre un convertisseur AC/DC relié en amont à l'entrée électrique et en sortie à la sortie électrique basse tension. Il peut comprendre une carte I/O reliée à la sortie adaptée pour une communication avec un calculateur d'une batterie par divers relais qu'elle pilote pour acquérir certaines informations analogiques, comme la tension en amont du chargeur et la température de l'air de sortie. Il peut comprendre un premier convertisseur AC/DC, qui fournit en sortie une basse tension, un second convertisseur AC/DC, qui fournit en sortie une haute tension et une carte I/O, reliés à un superviseur qui les pilote par un bus interne. La partie thermique pour créer un fluide de refroidissement du chargeur et/ou d'une batterie peut comprendre un compresseur, un évaporateur à air, un détendeur capillaire, et un condenseur à air pour mettre en oeuvre la fonction de pompe à chaleur. Le chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile peut se présenter sous une forme intégrée dans un boîtier unique. Le boîtier peut comprendre tout ou partie des composants suivants : - une alimentation électrique classique ; - un connecteur Ethernet pour une liaison Ethernet ; - un connecteur électrique basse tension ; - un connecteur électrique haute tension ; - une liaison analogique ; - une liaison de type réseau CAN ; - une première borne pour une première liaison thermique, de type vers un condenseur chaud ; - une seconde borne pour une seconde liaison thermique pour un fluide froid de refroidissement. L'invention porte aussi sur une station de gestion de batteries d'alimentation d'un moteur d'entraînement d'un véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un chargeur tel que décrit précédemment. 25 Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : 30 La figure 1 représente une vue simplifiée en perspective d'un chargeur de batterie selon un mode d'exécution de l'invention. 10 15 20 La figure 2 représente le schéma fonctionnel du chargeur de batterie selon le mode d'exécution de l'invention. Le concept de l'invention repose sur un chargeur intégrant plusieurs fonctions dans un même dispositif compact, de préférence au sein d'un même boîtier, afin de faciliter la mise en oeuvre d'une phase de charge de batterie. La figure 1 illustre un tel chargeur 1, qui se présente sous la forme d'un boîtier 2 de forme parallélépipédique, de dimension pouvant être de l'ordre de 100 X 50 X 100 centimètres. Selon le concept de l'invention, ce boîtier 2 regroupe dans son volume intérieur les composants nécessaires à la mise en oeuvre de plusieurs fonctions nécessaires pour la charge d'une batterie. Ainsi, il comprend une première connectique 3 formant une entrée pour les besoins du chargeur. Cette première connectique peut intégrer une alimentation électrique classique et un connecteur Ethernet pour une liaison Ethernet. Il comprend une seconde connectique 4 formant une sortie pour une liaison avec une batterie. Cette seconde connectique 4 peut comprendre une liaison électrique basse tension pour l'alimentation d'un calculateur, une liaison électrique haute tension pour la mise en oeuvre de la fonction de charge de batterie en tant que telle, et une liaison analogique pour recevoir des données de la batterie. Le chargeur 1 comprend de plus une première borne 5 pour une première liaison thermique, par exemple vers un condenseur chaud, et une seconde borne 6 pour une seconde liaison thermique, par exemple pour de l'air froid, afin de mettre en oeuvre une fonction de refroidissement de la batterie et/ou du chargeur lui-même. Enfin, le chargeur intègre certaines fonctions supplémentaires, non visibles sur la figure 1.30 La figure 2 détaille les entrées et sorties mentionnées ci-dessus et représente les différentes fonctions intégrées au sein du chargeur 1, selon le mode d'exécution de l'invention. Naturellement, en variante, les différentes entrées et/ou sorties du chargeur 1 pourraient être agencées différemment sur le boîtier 2. Le chargeur 1 comprend d'abord une première partie dite « partie électrotechnique ». La première connectique 3 comprend un premier connecteur électrique 13 conventionnel pour alimenter un premier convertisseur AC/DC 7 qui fournit en sortie une tension à 14 V et un second convertisseur AC/DC 8 qui fournit en sortie une tension à 500 V. Un superviseur 9 est de plus relié par cette première connectique 3 à un réseau Ethernet par un connecteur Ethernet 12. La seconde connectique 4 comprend donc un premier connecteur 14 pour une alimentation électrique à 14 V, relié au premier convertisseur AC/DC 7, et un second connecteur 15 pour une alimentation électrique à 500 V, relié au second convertisseur AC/DC 8, utilisée pour la fonction de charge de la batterie et délivrant pour cela une puissance d'environ 35 Kw. Enfin, le superviseur 9 (sous forme de carte de supervision) est relié à une connectique analogique 16 de la seconde connectique 4 par l'intermédiaire d'une carte I/O 10 (entrées / sorties analogique et logique). Le superviseur 9 est de plus relié aux autres composants 7, 8, 10 du chargeur 1 par des bus internes 11 et vers l'extérieur par un réseau et driver CAN 17 pour communiquer avec un calculateur présent dans la batterie. Le chargeur 1 comprend une seconde partie dite « partie thermique », qui met en oeuvre la fonction de refroidissement. Pour cela, elle comprend un compresseur 20, un évaporateur à air 21, un détendeur capillaire 22, et un condenseur à air 23 pour mettre en oeuvre la fonction de pompe à chaleur générant du froid pour les fonctions de refroidissement du chargeur 1 et/ou d'une batterie. Un premier ventilateur 24 évacue l'air chaud et un second ventilateur 25 fait circuler l'air froid généré. Avantageusement, cette fonction de pompe à chaleur, non réversible, utilisée pour la fonction de refroidissement uniquement, permet de générer de l'air frais à 5 °C minimum et ventilé à 500 kg/h. Le fonctionnement du chargeur 1 va maintenant être précisé. La liaison électrique haute tension forme un chargeur de 35 Kw pour mettre en oeuvre la charge d'une batterie. Cette charge se fait sous le pilotage du 10 superviseur 9. L'alimentation basse tension permet d'alimenter un calculateur dans une batterie de traction, par exemple de 400V, ainsi que les autres composants internes au chargeur comme le superviseur 9, la carte I/O 10, le 15 compresseur 20, etc. La carte entrées / sorties pilote les divers relais du chargeur et permet d'acquérir certaines informations analogiques, comme la tension en amont du chargeur, la température de l'air de sortie, sous le pilotage du 20 superviseur 9. Le refroidisseur de type pompe à chaleur, de type à puissance 2 Kw, est utilisé pour refroidir la batterie comme pour refroidir la partie électrotechnique du chargeur. Pour cela, il fonctionne sous le pilotage du 25 superviseur 9 qui contrôle les températures de consigne de la batterie et de la partie électrotechnique du chargeur. Enfin, le superviseur 9 contrôle toutes les fonctions mises en oeuvre, tel que mentionné précédemment. En résumé, il permet de gérer trois grandes 30 fonctions : le chargement et le diagnostic de la batterie et le refroidissement. Pour cela, le superviseur comprend tout moyen matériel (hardware) et5 logiciel (software) pour mettre en oeuvre un procédé de chargement, de diagnostic et de refroidissement de la batterie. Naturellement, les fonctions explicitées ci-dessus peuvent être mises en oeuvre de manière similaire par d'autres moyens techniques. Ainsi, le refroidissement peut être obtenu par tout autre système thermique représentant un moyen de former du froid. De plus, l'invention ne se limite pas au mode d'exécution décrit et peut intégrer des versions simplifiées dans lesquelles certaines fonctions précédentes sont supprimées, par exemple la fonction de refroidissement pour des chargeurs trouvant application dans des usines d'assemblage, ou en atelier de réparation. L'invention porte aussi sur une station de charge de batteries, utilisant un ou plusieurs chargeurs tel(s) que décrit(s) ci-dessus. La solution de l'invention présente finalement les avantages suivants : - elle permet d'optimiser la charge d'une batterie et de réduire les coûts impliqués ; - elle permet une gestion optimale de l'énergie globale impliquée lors de la charge d'une batterie ; - elle permet une grande simplicité et flexibilité pour l'organisation de la charge d'une batterie ; - elle permet une maintenance plus facile et non bloquante en cas de panne. 30 REVENDICATIONS: 1. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile, comprenant une sortie électrique haute tension (15) adaptée pour la charge d'une batterie d'entraînement d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une partie thermique pour créer un fluide de refroidissement du chargeur et/ou d'une batterie. 2. Chargeur pour batterie d'entrainement d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une sortie (16) adaptée pour une communication avec un calculateur d'une batterie. 3. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend une sortie électrique basse tension (14) adaptée pour l'alimentation électrique d'un calculateur d'une batterie. 4. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un superviseur (9) qui met en oeuvre la gestion du chargement d'une batterie, le diagnostic d'une batterie et le refroidissement d'une batterie. 5. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un connecteur Ethernet (12) et/ou un réseau et driver CAN 17 relié(s) au superviseur (9) et apte(s) à sa liaison vers l'extérieur. 6. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une entrée électrique (13) pour son alimentation électrique. 7. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon les revendications 3 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur AC/DC (7) relié en amont à l'entrée électrique (13) et en sortie à la sortie électrique basse tension (14). 8. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une carte I/O (10) reliée à la sortie (16) adaptée pour une communication avec un calculateur d'une batterie par divers relais qu'elle pilote pour acquérir certaines informations analogiques, comme la tension en amont du chargeur et la température de l'air de sortie. 9. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un premier convertisseur AC/DC (7), qui fournit en sortie une basse tension, un second convertisseur AC/DC (8), qui fournit en sortie une haute tension et une carte I/O (10), reliés à un superviseur (9) qui les pilote par un bus interne (11). 10. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie thermique pour créer un fluide de refroidissement du chargeur et/ou d'une batterie comprend un compresseur (20), un évaporateur à air (21), un détendeur capillaire (22), et un condenseur à air (23) pour mettre en oeuvre la fonction de pompe à chaleur. 11. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il se présente sous une forme intégrée dans un boîtier unique (2). 12. Chargeur pour batterie d'entraînement d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le boîtier (2) comprend tout ou partie des composants suivants : - une alimentation électrique classique (13) ; - un connecteur Ethernet (12) pour une liaison Ethernet ; - un connecteur électrique basse tension (14) ; - un connecteur électrique haute tension (15) ; - une liaison analogique (16) ; - une liaison de type réseau CAN (17) ; - une première borne (5) pour une première liaison thermique, de type vers un condenseur chaud ; - une seconde borne (6) pour une seconde liaison thermique pour un fluide froid de refroidissement. 15 13. Station de gestion de batteries (2) d'alimentation d'un moteur d'entraînement (4) d'un véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un chargeur selon l'une des revendications précédentes. 10 20