Brevet FR3001845A1 — publié le 20140808

Dispositif d'alimentation d'un moteur électrique de véhicule automobile et véhicule correspondant L'invention concerne l'alimentation de moteurs électriques, en particulier l'alimentation de moteurs électriques de véhicules automobiles à traction électrique ou hybride. Sur les véhicules électriques ou hybrides actuels, une batterie haute tension est reliée au moyen de câbles à un onduleur alimentant un moteur. De manière classique, les courants harmoniques générés par l'onduleur sont filtrés par l'ensemble formé par un condensateur d'entrée de l'onduleur et par l'impédance correspondant aux câbles et à la résistance de la batterie. Cela étant, cette impédance a une valeur qu'il est difficile de contrôler, et qui peut varier entre différents véhicules ou pour un même véhicule varier dans le temps. De ce fait, on utilise généralement des câbles blindés pour connecter l'onduleur à la batterie ainsi qu'un condensateur de filtrage en entrée de l'onduleur (appelé classiquement « capacité DC-link »). Il est également classique d'utiliser des condensateurs ayant une capacité comprise entre 750 et 1000 microfarads par exemple pour des véhicules de gamme moyenne. Ces valeurs de capacité sont considérées comme minimales pour obtenir un bon filtrage malgré les variations d'impédance de la batterie et des câbles. En général, on souhaite réduire la masse des éléments non recyclables au sein d'un véhicule automobile ainsi que le coût du véhicule. Plusieurs documents décrivent des condensateurs utilisés dans des alimentations de moteur électrique de véhicule alimenté par une caténaire. Les solutions décrites dans ces documents sont trop volumineuses pour être adaptées aux véhicules automobiles. Généralement dédiées aux alimentations par caténaire, ces solutions sont utilisées pour protéger les circuits électroniques des surtensions liées à ce type d'alimentation. On pourra se référer au document JP 2008178217 qui décrit une solution destinée au domaine ferroviaire et aux véhicules alimentés par caténaire. Ce document décrit l'utilisation d'un thyristor et d'un éclateur. Le document JP 2003219504 concerne également les véhicules alimentés par caténaire et décrit une commande pour minimiser le courant d'appel sur la caténaire en cas de défaut. Le document JP 2011167047 décrit un véhicule qui peut être alimenté par caténaire ou par une batterie. Ce document décrit l'utilisation d'une inductance en série avec un pantographe et un éclateur dans un circuit annexe de décharge de la batterie. L'inductance de ce document ne sert pas à améliorer le fonctionnement de la chaîne de traction. Enfin, le document JP 2009081975 décrit un chargeur pour batteries auxiliaires qui comprend un filtre LC en sortie pour piloter le courant de charge de la batterie. Ce filtre ne permet pas de filtrer les harmoniques liées au fonctionnement d'un onduleur. L'invention a donc pour but de permettre d'obtenir un filtrage des harmoniques adapté à un véhicule automobile, de faciliter le recyclage du véhicule et de réduire son coût. Selon un aspect, il est proposé un dispositif d'alimentation d'un moteur électrique de véhicule automobile à traction électrique ou hybride, comprenant un onduleur, une batterie et un condensateur relié en parallèle à la batterie, par exemple par l'intermédiaire d'un câble, et en entrée de l'onduleur, par exemple par l'intermédiaire d'un moyen de connexion ayant une impédance faible tel qu'un bus-barre laminé très court. Selon une caractéristique générale du dispositif, la capacité du condensateur est comprise entre 100 et 500 microfarads, préférentiellement entre 200 et 500 microfarads. Alors que dans l'art antérieur on utilise des condensateurs ayant une capacité très élevée (entre 750 et 1000 microfarads), dans la présente invention, on utilise un condensateur ayant une capacité beaucoup plus faible, quand bien même une telle solution est déconseillée dans l'art antérieur car laissant passer trop de courants harmoniques dans la batterie. Les condensateurs ayant une capacité faible sont beaucoup moins volumineux et moins coûteux. Aussi, en réduisant la masse du condensateur, on réduit la masse non recyclable embarquée au sein du véhicule. Bien que cela ne soit pas obligatoirement nécessaire, on peut adapter la commande de l'onduleur, par exemple avec une commande plus élaborée ou plus complexe (par exemple un foisonnement entre bras d'onduleur ou une augmentation de la fréquence de la modulation) qui réduira les harmoniques de courant conduits liés à l'utilisation d'un condensateur ayant une capacité faible. Pour améliorer le filtrage des courants harmoniques, le dispositif peut comprendre une première bobine connectée en série entre une première borne de la batterie, par exemple la borne positive de la batterie, et le condensateur. Le dispositif peut comprendre une première résistance connectée en parallèle à la première bobine, pour obtenir un amortissement d'oscillations de courant. Le dispositif peut comprendre une deuxième bobine connectée en série entre une deuxième borne de la batterie, par exemple la borne négative de la batterie et le condensateur. Le dispositif peut comprendre une deuxième résistance connectée en parallèle à la deuxième bobine. L'inductance de la première bobine et l'inductance de la deuxième bobine peuvent être comprises entre 10 et 20 microhenry. Le dispositif peut comprendre des moyens de commande de l'onduleur munis d'un filtre à réponse impulsionnelle finie. La commande des interrupteurs d'un onduleur peut être élaborée à partir de la mesure de tension aux bornes du condensateur d'entrée de l'onduleur. En filtrant cette mesure avec un filtre à réponse impulsionnelle finie dont la fréquence d'échantillonnage est proche de la fréquence de commutation des interrupteurs on peut, grâce à la connaissance de la stratégie de commutation des interrupteurs, rejeter très efficacement les harmoniques de la mesure de tension (liés au passage du courant à filtrer dans une capacité de plus faible valeur) pour obtenir une bonne commande de l'onduleur. La première bobine ou la première et la deuxième bobine sont accolées au condensateur. En général, le condensateur d'entrée de l'onduleur est disposé dans un même boîtier que l'onduleur, on peut donc disposer la/les bobine(s) dans ce boîtier. On peut noter que l'impédance obtenue par l'association du condensateur et de la/des bobine(s) permet de filtrer les courants harmoniques et de ce fait ces derniers ne circulent pas dans les câbles reliant l'onduleur à la batterie. D'autre part, l'essentiel des harmoniques de tension sont aux bornes de la ou des inductances additionnelles ce qui réduit très fortement l'amplitude des variations de potentiel des câbles entre batterie et onduleur. On peut donc utiliser des câbles qui ne sont pas blindés et qui sont donc moins coûteux. Selon un autre aspect, il est proposé un véhicule automobile à traction électrique ou hybride comprenant ledit dispositif. 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 aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 à 3 illustrent différents modes de réalisation selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un dispositif d'alimentation 1 d'un moteur électrique (non représenté) de véhicule automobile. Ce dispositif comprend un onduleur 2, un condensateur 3 et deux bobines 4a et 4b. Deux câbles 5a et 51) relient les deux bobines aux bornes positives et négatives d'une batterie 6. Plus précisément, les deux bobines 4a et 4b sont disposées en série avec les câbles 5a et 51) respectivement jusqu'à une borne d'entrée positive 7a de l'onduleur et jusqu'à une borne d'entrée négative 7b de l'onduleur. Le condensateur 3 est disposé entre les deux bornes 7a et 7b de l'onduleur. De ce fait, le condensateur 3 se retrouve en parallèle de la batterie 6. La valeur de la capacité d'entrée du condensateur peut être comprise entre 200 et 500 microfarads. On peut donc utiliser un condensateur beaucoup moins volumineux que ceux utilisés dans l'art antérieur qui ont des valeurs de l'ordre de 750 à 1000 microfarads. En outre d'avoir une masse et un encombrement plus faible, les condensateurs utilisés dans l'invention sont beaucoup moins coûteux. Bien qu'on ait représenté deux bobines 4a et 4b sur la figure, il est tout à fait possible de n'utiliser qu'une seule bobine, par exemple la bobine 4a. L'inductance des bobines peut être choisie entre 10 et 20 microhenry. En utilisant les deux bobines 4a et 4b, on peut répartir cette valeur d'inductance sur les deux branches, et utiliser des inductances plus petites, c'est-à-dire au voisinage de 10 microhenry. De préférence, on positionne les bobines 4a et 4b à proximité du condensateur 3. Par exemple, on peut disposer les bobines 4a et 4b au sein d'un boîtier dans lequel sont situés l'onduleur 2 et le condensateur 3. Ainsi, on filtre les courants harmoniques qui ne circuleront pas dans les câbles 5a et 51) et l'on peut utiliser des câbles qui ne sont pas blindés. L'onduleur 2 comprend un ensemble d'interrupteurs, plus précisément des transistors bipolaires à grille isolée 8 sur lesquels des diodes 9 sont montées en parallèle. Les transistors bipolaires à grille isolée 8 et les diodes sont disposés sur trois branches entre les bornes 7a et 7b et peuvent délivrer trois phases de courant. On peut noter que le facteur de qualité du circuit formé par une bobine et le condensateur 3 augmente proportionnellement avec l'inductance de la bobine 4a par exemple. Afin d'amortir les phénomènes de résonance, on peut positionner une résistance en parallèle de la/des bobine(s), comme illustré sur la figure 2. Sur cette figure, on a représenté le dispositif 1 comprenant l'onduleur 2, le condensateur 3 et les bobines 4a et 4b, et, connectées en parallèle des bobines 4a et 4b, des résistances 10a et 10b ont été représentées. On peut noter qu'à titre d'exemple, le circuit formé par la bobine 4a, la résistance 10a et le condensateur 3 a un facteur de Lfo 27c qualité s'écrivant : avec L l'inductance de la bobine 4a, fo la fréquence de résonnance du circuit et R la résistance de la bobine 4a. L'ajout de la résistance 10a (et éventuellement de la résistance 10b) permet donc de réduire ce facteur de qualité et de réduire la résonnance. L'utilisation de bobines supplémentaires permet également de réduire la sensibilité du circuit aux variations de l'impédance de la batterie. Plus précisément, sans bobines, des variations de plus ou moins 30% autour d'une valeur nominale de l'impédance de la batterie induisent des variations de fréquence de coupure de la fonction de transfert correspondant au rapport entre le courant circulant à travers la batterie et le courant circulant dans l'onduleur de l'ordre de -70% à +100%. En utilisant des bobines supplémentaires, ces variations de fréquence de coupure sont de l'ordre de -30% à 30%. L'invention peut fonctionner sur tout type de batterie, par exemple, on peut utiliser une batterie mettant en oeuvre une commutation de modules pour assurer un équilibre de la charge des cellules mises en série. Sur la figure 3, on a représenté une variante de l'invention dans laquelle on a raccordé le dispositif 1 à une batterie mettant en oeuvre une commutation de modules 6'. Sur la figure 3, on a représenté 3 modules de batterie 11. Chaque module de batterie 11 comprend un ensemble de cellules de batterie 12, deux interrupteurs 13 destinés à la commutation des modules. La borne positive 14a de la batterie 6' est connectée en série au câble 5a à travers une bobine 15a. Ainsi, on peut davantage réduire la valeur de l'inductance de la bobine 4a qui est disposée en série avec une autre bobine 15a. La borne négative 14b de la batterie 6b est connectée au câble 51) à travers une bobine 15b. Ainsi, on peut diminuer davantage la valeur de l'inductance des bobines 4a et 4b qui sont disposées en série avec les bobines 15a et 15b disposées classiquement aux bornes d'une batterie mettant en oeuvre des commutations de modules. Enfin, on peut noter qu'il est possible d'utiliser un filtre à réponse impulsionnelle finie, c'est-à-dire un filtre numérique, au sein des moyens de commande des interrupteurs de l'onduleur, c'est-à-dire dans les moyens de commande des transistors bipolaires à grille isolée 8. Grâce à l'invention, on obtient un véhicule automobile qui comprend une masse non recyclable réduite par rapport à l'art antérieur. REVENDICATIONS1. Dispositif d'alimentation d'un moteur électrique de véhicule automobile à traction électrique ou hybride, comprenant un onduleur (2), une batterie (6) et un condensateur (3) relié en parallèle à la batterie et en entrée de l'onduleur, caractérisé en ce que la capacité du condensateur est comprise entre 100 et 500 microfarads. 2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant une première bobine (4a) connectée en série entre une première borne de la batterie et le condensateur. 3. Dispositif selon la revendication 2, comprenant une première résistance (10a) connectée en parallèle à la première bobine. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, comprenant une deuxième bobine (4b) connectée en série entre une deuxième borne de la batterie et le condensateur. 5. Dispositif selon la revendication 4, comprenant une deuxième résistance (10b) connectée en parallèle à la deuxième bobine. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel l'inductance de la première bobine est comprise entre 10 et 20 microhenry. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel l'inductance de la deuxième bobine est comprise entre 10 et 20 microhenry. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des moyens de commande de l'onduleur (2) munis d'un filtre à réponse impulsionnelle finie. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel la première bobine (4a) ou la première et la deuxième bobine (4b) sont accolés au condensateur. 10. Véhicule automobile à traction électrique ou hybride comprenant le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.