Brevet FR2983004A1 — publié le 20130524

B11-2216FR 1 Chargeur de batterie connecté à un réseau d'alimentation électrique alternatif et procédé de commande associé L'invention a pour domaine technique les chargeurs de batterie pour véhicule automobile et plus particulièrement les chargeurs de batterie pour véhicule automobile alimentés en courant alternatif. La réalisation d'un chargeur de batterie pour véhicule automobile est soumise à de multiples contraintes de conception. Par ailleurs, la tension de la batterie varie au cours de la charge, si bien que le chargeur doit pouvoir s'adapter à une gamme de tensions. De plus, la tension de la batterie est inférieure à la tension de crête du réseau d'alimentation en début de charge ce qui nécessite que le chargeur de batterie puisse fonctionner en abaisseur de tension. Par contre, en fin de charge, la tension de la batterie est supérieure à la tension de crête du réseau d'alimentation ce qui nécessite que le chargeur de batterie puisse fonctionner également en élévateur de tension. Il apparaît dès lors qu'il existe un besoin pour un chargeur de batterie combinant des fonctions d'abaisseur et d'élévateur de tension. L'association des fonctions d'abaisseur et d'élévateur de tension selon l'art antérieur ne permettent pas de disposer d'un transformateur d'isolement entre l'entrée et la sortie du chargeur. Il en résulte un risque accru d'apparition de courants de fuite combiné à une difficulté et un coût de compensation de ces courants accrus afin de sécuriser le chargeur. Le document W02007078158 divulgue un chargeur de batterie comprenant des fonctions d'élévation et d'abaissement de la tension, ainsi qu'un transformateur. Toutefois, le chargeur divulgué ne permet pas d'atteindre l'efficacité énergétique de la présente invention. Un objet de l'invention est un chargeur de batterie combinant des fonctions d'abaisseur et d'élévateur de tension et disposant d'un transformateur d'isolement. Un autre objet de l'invention est un chargeur de batterie combinant des fonctions d'abaisseur et d'élévateur de tension et disposant d'un transformateur d'isolement et présentant un rendement élevé. Selon un mode de réalisation, on propose un procédé de commande d'un chargeur de batterie embarqué dans un véhicule automobile et alimenté par un réseau d'alimentation électrique, comprenant un circuit abaisseur de tension relié au réseau d'alimentation électrique, ledit circuit abaisseur étant muni d'un interrupteur de l'alimentation électrique, et un circuit élévateur de tension relié à la batterie, et comprenant un pont de commutation relié en sortie à un premier enroulement d'un transformateur, un deuxième enroulement du transformateur étant relié aux sorties du circuit élévateur de tension. Le procédé de commande comprend les étapes suivantes lors des périodes d'abaissement de la tension du réseau d' alimentation : on commande la durée d'ouverture de l'interrupteur en fonction de la tension de la batterie et de la tension du réseau d'alimentation, on rend le pont de commutation passant, et on maintient une tension moyenne nulle aux bornes du transformateur. Le procédé de commande pour la commande d'un chargeur de batterie dont le pont de commutation comprend une entrée connectée à un premier interrupteur d'un premier bras dudit pont et à un premier interrupteur d'un deuxième bras, une autre entrée connectée à un deuxième interrupteur du premier bras et à un deuxième interrupteur du deuxième bras, une sortie connectée entre le premier interrupteur du premier bras et le deuxième interrupteur du premier bras, et une autre sortie connectée entre le premier interrupteur du deuxième bras et le deuxième interrupteur du deuxième bras, peut comprendre des étapes au cours desquelles on maintient une tension moyenne nulle aux bornes du transformateur en alternant : une première étape au cours de laquelle on ouvre le deuxième interrupteur du premier bras et le premier interrupteur du deuxième bras, une deuxième étape au cours de laquelle on ouvre le premier interrupteur du premier bras et le deuxième interrupteur du deuxième bras. Le procédé de commande pour la commande d'un chargeur de batterie comprenant une impédance connectée entre l'interrupteur et le pont de commutation peut comprendre des périodes d'élévation de la tension du réseau d'alimentation au cours desquelles : on maintient une tension moyenne nulle aux bornes du transformateur sur une période d'élévation de la tension du réseau d' alimentation, on maintient la fermeture de 1 ' interrupteur, et, alternativement on charge l'impédance en appliquant une étape intermédiaire de fermeture des interrupteurs du pont de commutation, puis on décharge l'impédance en appliquant la première étape ou la deuxième étape. Selon un autre mode de réalisation, on propose un chargeur de batterie embarqué dans un véhicule automobile et alimenté par un réseau d'alimentation électrique. Le chargeur comprend un circuit abaisseur de tension relié au réseau d'alimentation électrique et à un circuit élévateur de tension lui-même relié à la batterie, une entrée du circuit abaisseur de tension étant reliée à un interrupteur lui-même connecté à la cathode d'une diode de pont et à une borne d'une impédance, l'autre entrée du circuit abaisseur de tension étant reliée à l'anode de la diode de pont, les sorties du circuit abaisseur de tension étant connectées à l'anode de la diode de pont et à l'autre borne de l'impédance, les entrées du circuit élévateur de tension étant reliées à un pont de commutation, lui-même relié en sortie à un premier enroulement d'un transformateur, les sorties du circuit élévateur de tension étant reliées à un deuxième enroulement du transformateur. Le pont de commutation peut comprendre une entrée connectée à un premier interrupteur d'un premier bras dudit pont et à un premier interrupteur d'un deuxième bras, une autre entrée connectée à un deuxième interrupteur du premier bras et à un deuxième interrupteur du deuxième bras, une sortie connectée entre le premier interrupteur du premier bras et le deuxième interrupteur du premier bras, et une autre sortie connectée entre le premier interrupteur du deuxième bras et le deuxième interrupteur du deuxième bras. Le réseau d'alimentation électrique peut être monophasé, triphasé, ou régulé en tension. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée uniquement en tant qu'exemple non limitatif et faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique illustre un chargeur de batterie selon l' invention. Sur la figure unique, on peut voir un chargeur de batterie 1 relié en entrée à un réseau d'alimentation électrique 2 et en sortie à une batterie 3. Un premier filtre 4, interposé entre le réseau d'alimentation 2 et le chargeur de batterie 1, est connecté au chargeur de batterie 1 par des connexions 4a et 4b. Un deuxième filtre 5, interposé entre le chargeur de batterie 1 et la batterie 3 est connecté au chargeur de batterie 1 par les connexions 5a et 5b. Le chargeur de batterie 1 comprend un premier pont 8 de diodes relié en entrée par les connexions 4a et 4b au premier filtre 4. Le premier pont 8 de diodes comprend deux bras de deux diodes. La connexion 4a est connectée à l'anode de la première diode 6a du premier bras et à la cathode de la deuxième diode 6b du premier bras. La connexion 4b est connectée à l'anode de la première diode 7a du deuxième bras et à la cathode de la deuxième diode 7b du deuxième bras. La cathode de la première diode 6a du premier bras et la cathode de la première diode 7a du deuxième bras sont connectées ensemble à la connexion 9a. L'anode de la deuxième diode 6b du premier bras et l'anode de la deuxième diode 7b du deuxième bras sont connectées ensemble à la connexion 9b. Un interrupteur 10 est connecté d'une part à la connexion 9a et d'autre part à une impédance 12 par l'intermédiaire d'une connexion 11. L'impédance 12 est reliée à une entrée d'un pont de commutation 14 par l'intermédiaire d'une connexion 13. Le pont de commutation 14 est par ailleurs connecté en entrée à la connexion 9b. Une diode de pont 16 est connectée par sa cathode à la connexion 11 et par son anode à la connexion 9b. Le pont de commutation 14 comprend deux bras de deux interrupteurs. La connexion 13 est connectée à un premier interrupteur 14a du premier bras et à un premier interrupteur 14c du deuxième bras. La connexion 9b est connectée à un deuxième interrupteur 14b du premier bras et à un deuxième interrupteur 14d du deuxième bras. Une connexion 15a est connectée entre le premier interrupteur 14a du premier bras et le deuxième interrupteur 14b du premier bras. Une connexion 15b est connectée entre le premier interrupteur 14c du deuxième bras et le deuxième interrupteur 14d du deuxième bras. Les connexions 15a et 15b sont reliées à un premier enroulement 17a d'un transformateur 17, le deuxième enroulement 17b du transformateur 17 étant par ailleurs relié à un deuxième pont 21 de diodes par des connexions 18a et 18b. Le deuxième pont 21 de diodes comprend deux bras de deux diodes. La connexion 18a est connectée à l'anode de la première diode 19a du premier bras et à la cathode de la deuxième diode 19b du premier bras. La connexion 18b est connectée à l'anode de la première diode 20a du deuxième bras et à la cathode de la deuxième diode 20b du deuxième bras. La cathode de la première diode 19a du premier bras et la cathode de la première diode 20a du deuxième bras sont connectées ensemble à la connexion 5a. L'anode de la deuxième diode 19b du premier bras et l'anode de la deuxième diode 20b du deuxième bras sont connectées ensemble à la connexion 51). Des parallèles peuvent être réalisés entre le fonctionnement du chargeur de batterie 1 et le fonctionnement d'un chargeur de batterie comprenant des circuits d'élévation de tension et d'abaissement de tension selon l'état de la technique. Le pont de commutation 14 et le transformateur 17 ont un rôle similaire à celui d'un transistor d'un circuit élévateur de tension (« boost circuit » en langue anglaise). Le pont de diodes 21 a un rôle similaire à celui de la diode de redressement d'un circuit élévateur de tension. Lors d'un fonctionnement en abaisseur de tension, le chargeur de batterie 1 est commandé selon les étapes suivantes. Le circuit abaisseur de tension (10,12,16) est commandé en alternant l'ouverture et la fermeture de l'interrupteur 10. Le rapport entre la durée d'ouverture et la durée de fermeture de l'interrupteur 10 permet de définir le rapport d'abaissement de la tension d'alimentation du circuit abaisseur de tension. Par ailleurs, le circuit élévateur de tension (14,17,12,21) est commandé de façon que toute l'énergie arrivant à ses bornes transite vers la batterie. Pour cela, les deux étapes suivantes sont alternées. Au cours d'une première étape, on ouvre le deuxième interrupteur 14b du premier bras et le premier interrupteur 14c du deuxième bras. Au cours d'une deuxième étape, on ouvre le premier interrupteur 14a du premier bras et le deuxième interrupteur 14d du deuxième bras. La répétition des deux étapes précédentes permet de maintenir une tension moyenne nulle aux bornes du transformateur 17 ce qui permet de ne pas le saturer. La tension issue du transformateur 17 est ensuite redressée par le deuxième pont de diodes 21. Lors d'un fonctionnement en élévateur de tension, le chargeur de batterie 1 est commandé selon les étapes suivantes. Le circuit abaisseur de tension (10,12,16) est maintenu passant de sorte que toute l'énergie perçue du réseau d'alimentation 2 soit transmise à l'impédance 12. Pour cela, l'interrupteur 10 est maintenu fermé. Par ailleurs, le circuit élévateur de tension (14,17,12,21) est commandé en répétant les trois étapes suivantes : Au cours d'une première étape, on ouvre le deuxième interrupteur 14b du premier bras et le premier interrupteur 14c du deuxième bras afin de décharger l'énergie accumulée dans l'impédance 12 et afin de transmettre l'énergie provenant du réseau et transitant par le circuit abaisseur de tension (10,12,16). Au cours d'une étape intermédiaire, on ferme tous les interrupteurs du pont de commutation 14, la tension aux bornes du deuxième enroulement 17b du transformateur est nulle et l'impédance 12 se charge. Au cours d'une deuxième étape, on ouvre le premier interrupteur 14a du premier bras et le deuxième interrupteur 14d du deuxième bras, l'impédance 12 se décharge à nouveau. L'énergie provenant du réseau à travers le circuit abaisseur de tension (10,12,16) est à nouveau transmise. En répétant les trois étapes précédentes, on maintient une tension moyenne nulle aux bornes du transformateur 17 ce qui permet de ne pas le saturer. Le transformateur 17 n'étant passant que lors des étapes de transmission d'énergie, la tension vue par la batterie est supérieure à la tension d'entrée du circuit élévateur de tension du fait de la contribution de l'énergie emmagasinée dans l'impédance 12 à la tension alimentant la batterie. Dans un tel mode de fonctionnement, le circuit abaisseur de tension permet de limiter le courant en cas de surtension du réseau d'alimentation. L'utilisation d'un simple circuit élévateur de tension ne permet pas un tel filtrage. Ceci est à corréler avec l'absence de courant d'appel important. Le pont de commutation 14 permet de réduire les contraintes en tension et en courant sur chacun des transistors le composant. On remarquera également qu'un pont de commutation semblable au pont de commutation 14 est employé dans l'état de la technique comme un abaisseur de tension. Au contraire, il ressort bien du fonctionnement du chargeur de batterie 1 qu'à la différence de l'état de la technique, le pont de commutation 14 est utilisé ici comme élévateur de tension. Le fonctionnement en double alternance permet une bonne utilisation du transformateur qui permet d'en réduire la taille. De plus, le transformateur réalise une isolation galvanique qui limite dans un sens les courants de fuite et les courants de toucher, et dans l'autre sens la propagation des surtensions ou sous-tensions du réseau d'alimentation à la batterie. Le transformateur permet également d'adapter la structure à diverses tensions de batteries en modifiant le rapport de transformation. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un chargeur de batterie embarqué dans un véhicule automobile et alimenté par un réseau d'alimentation électrique (2), comprenant un circuit abaisseur de tension (10,12,16) relié au réseau d'alimentation électrique (2), ledit circuit abaisseur étant muni d'un interrupteur (10) de l'alimentation électrique, et un circuit élévateur de tension (14,17,12,21) relié à la batterie (3), et comprenant un pont de commutation (14) relié en sortie à un premier enroulement (17a) d'un transformateur (17), un deuxième enroulement (17b) du transformateur (17) étant relié aux sorties du circuit élévateur de tension, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes lors des périodes d'abaissement de la tension du réseau d'alimentation (2) : on commande la durée d'ouverture de l'interrupteur (10) en fonction de la tension de la batterie (3) et de la tension du réseau d'alimentation (2), on rend le pont de commutation (14) passant, et on maintient une tension moyenne nulle aux bornes du transformateur (17). 2. Procédé de commande selon la revendication 1, pour la commande d'un chargeur de batterie dont le pont de commutation (14) comprend une entrée connectée à un premier interrupteur (14a) d'un premier bras dudit pont et à un premier interrupteur (14c) d'un deuxième bras, une autre entrée connectée à un deuxième interrupteur (14b) du premier bras et à un deuxième interrupteur (14d) du deuxième bras, une sortie connectée entre le premier interrupteur (14a) du premier bras et le deuxième interrupteur (14b) du premier bras, et une autre sortie connectée entre le premier interrupteur (14c) du deuxième bras et le deuxième interrupteur (14d) du deuxième bras, dans lequel on maintient une tension moyenne nulle aux bornes du transformateur (17) en alternant :une première étape au cours de laquelle on ouvre le deuxième interrupteur (14b) du premier bras et le premier interrupteur (14c) du deuxième bras, une deuxième étape au cours de laquelle on ouvre le premier interrupteur (14a) du premier bras et le deuxième interrupteur (14d) du deuxième bras. 3. Procédé de commande selon la revendication 2, pour la commande d'un chargeur de batterie comprenant une impédance (12) connectée entre l'interrupteur (10) et le pont de commutation (14), le procédé comprenant des périodes d'élévation de la tension du réseau d'alimentation (2) au cours desquelles : on maintient une tension moyenne nulle aux bornes du transformateur (17) sur une période d'élévation de la tension du réseau d'alimentation (2), on maintient la fermeture de l'interrupteur (10), et, alternativement, on charge l'impédance (12) en appliquant une étape intermédiaire de fermeture des interrupteurs du pont de commutation (14), puis on décharge l'impédance (12) en appliquant la première étape ou la deuxième étape. 4. Chargeur de batterie (3) embarqué dans un véhicule automobile et alimenté par un réseau d'alimentation électrique (2), caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit abaisseur de tension (10,12,16) relié au réseau d'alimentation électrique (2) et à un circuit élévateur de tension (14,17,12,21) lui-même relié à la batterie (3), une entrée du circuit abaisseur de tension étant reliée à un interrupteur (10) lui-même connecté à la cathode d'une diode de pont (16) et à une borne d'une impédance (12), l'autre entrée du circuit abaisseur de tension étant reliée à l'anode de la diode de pont (16), les sorties du circuit abaisseur de tension étant connectées à l'anode de la diode de pont (16) et à l'autre borne de l'impédance (12),les entrées du circuit élévateur de tension étant reliées à un pont de commutation (14), lui-même relié en sortie à un premier enroulement (17a) d'un transformateur (17), les sorties du circuit élévateur de tension étant reliées à un deuxième enroulement (17b) du transformateur (17). 5. Chargeur de batterie selon la revendication 4, dans lequel le pont de commutation (14) comprend une entrée connectée à un premier interrupteur (14a) d'un premier bras dudit pont et à un premier interrupteur (14c) d'un deuxième bras, une autre entrée connectée à un deuxième interrupteur (14b) du premier bras et à un deuxième interrupteur (14d) du deuxième bras, une sortie connectée entre le premier interrupteur (14a) du premier bras et le deuxième interrupteur (14b) du premier bras, et une autre sortie connectée entre le premier interrupteur (14c) du deuxième bras et le deuxième interrupteur (14d) du deuxième bras. 6. Chargeur de batterie selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel le réseau d'alimentation électrique est monophasé, triphasé ou régulé en tension.