Brevet FR2981521A1 — publié le 20130419

L'invention concerne un dispositif réversible de charge de batteries de véhicules électriques ou hybrides, c'est-à-dire un dispositif de charge présentant la capacité de posséder un premier fonctionnement de charge de batteries à partir d'un réseau d'alimentation, et un second fonctionnement de génération d'énergie électrique vers un réseau électrique ou une charge à partir des batteries. Les dispositifs réversibles de charge actuels sont alimentés à partir du réseau général de courant alternatif et sont conçus pour être « totalement » réversibles et comprennent donc notamment un convertisseur alternatif/continu bidirectionnel et un convertisseur bidirectionnel de courant continu. En outre, lorsqu'une habitation est équipée de sources d'énergie renouvelable, telle qu'énergie solaire, ces sources d'énergie sont connectées, par l'intermédiaire d'un convertisseur continu/alternatif, au réseau général de courant alternatif. De ce fait, lorsque l'énergie renouvelable est ensuite stockée temporairement dans des moyens de stockage tels que des batteries de véhicules électriques ou hybrides, elle subit une première conversion de transformation du courant continu en courant alternatif, puis une double conversion (a lte rn atif/co nti n u et continu/continu) réalisée par le dispositif de charge. Ainsi, le stockage temporaire est réalisé au prix de déperditions importantes d'énergie, et il impose l'installation de matériels, notamment de conversion électrique, 20 dont le prix de revient résultant notamment du caractère bidirectionnel des convertisseurs, grève de façon notable le coût global de l'installation. La présente invention vise à pallier ces inconvénients et a pour objectif essentiel de fournir un dispositif réversible de charge d'un coût de revient inférieur aux dispositifs réversibles de charge actuels, permettant, en outre, de diminuer de façon 25 notable les pertes d'énergie lors de l'utilisation de batteries de véhicules électriques ou hybrides en vue du stockage de l'énergie produite par des sources d'énergie renouvelable. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif de charge permettant la charge des batteries à partir d'un couplage inductif. 30 A cet effet, l'invention vise un dispositif réversible de charge de batteries de véhicules électriques ou hybrides comprenant en combinaison : - un premier connecteur destiné à être raccordé à un réseau de courant alternatif, et relié à une première branche électrique comportant un redresseur de courant, - un deuxième connecteur destiné à être raccordé à un réseau de courant continu, 35 et relié à une deuxième branche électrique connectée à la première branche électrique au niveau d'un point de jonction situé en aval du redresseur de courant, - et un troisième connecteur destiné à être raccordé aux batteries, et relié au point de jonction des première et deuxième branches électriques par une troisième branche électrique comportant un module capacitif et un convertisseur bidirectionnel de courant continu. Un tel dispositif de charge qui comporte un redresseur unidirectionnel et un seul convertisseur bidirectionnel continu/continu, est donc conçu pour permettre : - la charge des batteries de véhicules par connexion du dit dispositif de charge au réseau général de courant alternatif, - le stockage de l'énergie produite par une source d'énergie renouvelable, et l'utilisation de cette énergie stockée à des fins d'alimentation de charges connectées sur un réseau local de courant continu intégrant la source d'énergie renouvelable et le dispositif de charge. L'invention conduit donc à la réalisation de dispositifs réversibles de charge d'un coût de revient inférieur à celui des dispositifs de charge actuels, du fait que seul le 15 convertisseur de courant continu présente la propriété d'être bidirectionnel. De plus, le rendement global des installations intégrant ce dispositif de charge s'avère supérieur à celui obtenu avec les installations actuelles du fait que selon l'invention, les installations ne requièrent pas de conversion continu/alternatif. Par ailleurs, le dispositif de charge selon l'invention peut également être 20 alimenté au moyen d'un couplage inductif sans subir de transformation, et, à cet effet, selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, il comprend un équipement de charge inductif composé : - d'un module émetteur destiné à être connecté sur un réseau de courant et comportant un convertisseur apte à fournir un courant alternatif haute fréquence, 25 et un émetteur inductif, - d'un module récepteur destiné à être connecté au deuxième connecteur de raccordement au réseau de courant continu, et comportant un récepteur inductif et un redresseur de courant. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, le module 30 capacitif comporte un automatisme de pré charge et au moins un condensateur. De plus, la première branche électrique comporte avantageusement, selon l'invention, un filtre de compatibilité électromagnétique disposé entre le premier connecteur et le redresseur de courant, et un module de correction de facteur de puissance disposé entre le redresseur de courant et le point de jonction avec les 35 deuxième et troisième branches électriques. La troisième branche électrique comprend, quant à elle, avantageusement selon l'invention, un filtre de compatibilité électromagnétique disposé entre le convertisseur bidirectionnel et le troisième connecteur. Par ailleurs, le dispositif de charge selon l'invention comprend 5 avantageusement une unité de contrôle programmée pour piloter le convertisseur bidirectionnel de courant continu de la troisième branche électrique, de façon à réguler les valeurs, tension et, intensité, du courant au niveau du troisième connecteur. Cette unité de contrôle est, en outre, avantageusement programmée pour piloter le module de correction de facteur de puissance de la première branche électrique. 10 D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins : - la figure 1 est un schéma d'un dispositif de charge selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique d'une installation électrique dans laquelle 15 est incorporé le dispositif de charge selon l'invention en l'exemple raccordé au réseau local de courant continu de cette installation électrique, - et la figure 3 est un schéma représentant des moyens de couplage inductif d'un dispositif de charge selon l'invention en l'exemple raccordés à un réseau local de courant continu. 20 L'invention vise un dispositif de charge réversible 1 représenté à la figure 1 destiné, tel que représenté à la figure 2, à être intégré dans un véhicule électrique ou hybride 2 en vue de la charge des batteries « motrices » 3 de ce dernier. Ce dispositif de charge 1 comprend, en premier lieu, un premier connecteur 4 destiné à être raccordé à un réseau de courant alternatif 16, et relié à une première 25 branche électrique unidirectionnelle B1 comportant successivement, à partir du dit connecteur, un filtre de compatibilité électromagnétique 5, un redresseur de courant 6, et un module de correction de facteur de puissance 7. Ce dispositif de charge comporte également un deuxième connecteur 13 destiné à être raccordé à un réseau local de courant continu 19, et relié à une deuxième 30 branche électrique bidirectionnelle B2 connectée à la première branche électrique B1 au niveau d'un point de jonction J situé en aval du module de correction de facteur de puissance 7. Ce dispositif de charge comprend, en outre, un troisième connecteur 12 destiné à être raccordé aux batteries 3, et relié au point de jonction J des première et 35 deuxième branches électriques B1, B2 par une troisième branche électrique bidirectionnelle B3 comportant, à partir du dit point de jonction : - un module capacitif composé d'un automatisme de pré charge 8 et d'un condensateur 9 dont le courant d'appel au démarrage est limité par le dit automatisme de pré charge, - un convertisseur bidirectionnel de courant continu 10 doté d'une isolation galvanique, - et un filtre de compatibilité électromagnétique 11. Ce dispositif de charge 1 comprend, enfin, une unité de contrôle 14 comportant une isolation galvanique et programmée pour piloter, à titre principal, en utilisant la technique de la modulation de largeur d'impulsion, le convertisseur bidirectionnel de courant continu 10, de façon que les valeurs, tension et intensité, du courant délivré au niveau du troisième connecteur 12 soient compatibles avec les caractéristiques des batteries 3. Cette unité de contrôle 14 est également programmée, lorsque le dispositif de charge 1 est alimenté en courant alternatif, pour piloter le module de correction de facteur 15 de puissance 7 de la première branche électrique B1. En vue de ces pilotages, l'unité de contrôle 14 est connectée, en premier lieu, au réseau multiplexé 15 du véhicule 2 en vue de la réception de données dites externes provenant notamment, tel que représenté à la figure 2 : - d'un boîtier 25 de mesure de l'état de charge des batteries 3, 20 - d'un module de gestion d'énergie 22 communiquant avec le véhicule 2, par exemple par voir hertzienne, au moyen de modules d'émission/réception 23, 24 respectivement raccordés au dit module de gestion et au réseau multiplexé 15. Cette unité de contrôle est également connectée à des moyens de mesure des valeurs, intensité et tension, du courant d'entrée dans les deux premières 25 branches B1, B2 et du courant de sortie de la troisième branche B3. Tel que représenté à la figure 2, le dispositif de charge 1 selon l'invention est destiné à être intégré dans un véhicule 2 et à être notamment utilisé en conjonction avec un habitat (H) comportant : - un circuit de courant alternatif 17 alimenté classiquement à partir du réseau 30 général 18 d'alimentation, - un circuit local de courant continu 20 alimenté, en l'exemple représenté à la figure 2, au moyen de capteurs solaires 21 tels que des capteurs photovoltaïques, - et un convertisseur 32 continu/alternatif de raccordement du circuit local de courant continu 20 au circuit de courant alternatif 17, en l'absence de véhicule 2 35 raccordé au dit circuit local de courant continu. De plus, la consommation d'énergie de cet habitat (H) et le pilotage du convertisseur 32 sont gérés au moyen du module de gestion 22. La connexion du dispositif de charge 1 au circuit de courant alternatif 17 a pour but, de façon classique, de fournir une première option de charge des batteries 3 du véhicule 2. La connexion de ce dispositif de charge 1 au circuit local de courant continu 20 permet quant à elle, d'une part, de charger directement les batteries 3 du véhicule 2 à partir de l'énergie fournie par la source d'énergie renouvelable (capteurs solaires 21), et d'autre part, d'utiliser l'énergie stockée dans les batteries 3 à des fins d'alimentation de charges connectées sur le circuit local de courant continu 20. La figure 3 représente un troisième mode de charge des batteries 3 des 10 véhicules pouvant être réalisé, par couplage inductif, au moyen du dispositif de charge 1 selon l'invention. En vue de ce type de charge, le dispositif de charge selon l'invention est associé à : - un module émetteur 26 raccordé, en l'exemple représenté, au circuit local de 15 courant continu 20, et comportant un convertisseur 31, (en l'exemple convertisseur DC/AC) apte à fournir un courant alternatif haute fréquence (par exemple de l'ordre de 100 KHz à 200 KHz), et un émetteur inductif 27, - un module récepteur 28 destiné à être connecté au deuxième connecteur 13 du dispositif de charge 1, et comportant un récepteur inductif 29 et un redresseur de 20 courant 30. Ce couplage inductif peut également être réalisé à partir du circuit de courant alternatif 17 moyennant notamment le remplacement du convertisseur DC/AC 31 par un convertisseur AC/AC. Le dispositif de charge 1 selon l'invention peut donc être alimenté sans 25 modification, en vue de la charge de batteries 3, soit directement en courant continu, soit par couplage inductif, soit directement en courant alternatif. De plus, lors de sa connexion à un circuit local de courant continu 20, ce dispositif de charge 1 présente un caractère réversible permettant d'utiliser l'énergie stockée dans les batteries 3 à des fins d'alimentation de charges connectées au dit circuit 30 local de courant continu 20. REVENDICATIONS1/ Dispositif réversible de charge de batteries (3) de véhicules électriques ou hybrides (2) caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison : - un premier connecteur (4) destiné à être raccordé à un réseau de courant alternatif (17, 18), et relié à une première branche électrique (B1) comportant un redresseur de courant (6), - un deuxième connecteur (13) destiné à être raccordé à un réseau de courant continu (19, 20), et relié à une deuxième branche électrique (B2) connectée à la première branche électrique (B1) au niveau d'un point de jonction (J) situé en aval du redresseur de courant (6), - et un troisième connecteur (12) destiné à être raccordé aux batteries (3), et relié au point de jonction (J) des première et deuxième branches électriques (B1, B2) par une troisième branche électrique (B3) comportant un module capacitif (8, 9) et un convertisseur bidirectionnel de courant continu (10). 2/ Dispositif de charge selon la revendication 1 caractérisé en ce que le module capacitif comporte un automatisme de pré charge (8) et au moins un condensateur (9). 3/ Dispositif de charge selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la première branche électrique (B1) comporte un filtre de compatibilité électromagnétique (5) disposé entre le premier connecteur (4) et le redresseur de courant (6), et un module de correction de facteur de puissance (7) disposé entre le redresseur de courant (6) et le point de jonction (J) avec les deuxième et troisième branches électriques (B2, B3). 4/ Dispositif de charge selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la troisième branche électrique (B3) comprend un filtre de compatibilité électromagnétique (11) disposé entre le convertisseur bidirectionnel (10) et le troisième 25 connecteur (12). 5/ Dispositif de charge selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un équipement de charge inductif composé : - d'un module émetteur (26) destiné à être connecté sur un réseau de courant (17 ; 20) et comportant convertisseur (31) apte à fournir un courant 30 alternatif haute fréquence, et un émetteur inductif (27), - d'un module récepteur (28) destiné à être connecté au deuxième connecteur (13) et comportant un récepteur inductif (29) et un redresseur de courant (30).6/ Dispositif de charge selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une unité de contrôle (14) programmée pour piloter le convertisseur bidirectionnel de courant continu (10) de la troisième branche électrique (B3), de façon à réguler les valeurs, tension et, intensité, du courant au niveau du troisième connecteur (12). 7/ Dispositif de charge selon la revendication 3 et la revendication 6 prises ensemble caractérisé en ce que l'unité de contrôle (14) est programmée pour piloter le module de correction de facteur de puissance (7) de la première branche électrique (B1).