Brevet FR3040114A1 — publié le 20170217

Dispositif électrique multifonction capable d'assumer une fonction d'alimentation et de recharge La présente invention concerne de manière générale un dispositif électrique multifonction pour un véhicule automobile. De nos jours, les véhicules automobiles électriques ou hybrides sont de plus en plus répandus. En effet, leur émission réduite en matières polluantes et leur faible consommation de carburant fossile en fait des cibles privilégiées pour les consommateurs soucieux de leur environnement et de leur budget. Afin d'améliorer constamment ces véhicules, les moteurs électriques, les batteries et les différents circuits de charge de même que leur architecture ont été grandement améliorés. De manière générale, les véhicules électriques et hybrides comprennent un dispositif de charge de la batterie de véhicule. En effet, afin de recharger la batterie du véhicule il est nécessaire de la raccorder à une prise externe émettant une tension continue. Un tel dispositif de charge est connu comme comprenant entre autre un redresseur AC/DC incluant un transformateur afin de charger la batterie avec un courant à une tension prédéterminée. Egalement présent sur ce type de véhicule est un dispositif de conversion dit DC/DC qui permet à la batterie d'alimenter divers consommateurs électriques présents sur le véhicule. Un tel convertisseur comprend également un redresseur AC/DC et un transformateur, notamment. Il est connu dans l'art antérieur que les véhicules automobiles électriques ou hybrides sont chers de part leurs composants intrinsèques et nécessitent une optimisation du poids toujours plus réduit notamment à cause du poids des batteries qui restent lourdes. Si le poids des batteries a été réduit avec les années, notamment en 25 abandonnant les piles à combustible, Il a également été nécessaire de 3040114 trouver de nouveaux moyens pour réduire les coûts, le volume et le poids des composants électriques installés dans le véhicule. Par exemple, dans le document US 2009 103341 on décrit un dispositif de distribution de puissance dans un véhicule hybride comprenant 5 différents convertisseurs AC/DC, DC/DC et une batterie. Ce dispositif peut fonctionner selon trois modes (recharge depuis une alimentation extérieure, boost et recharge par réseau de bord). Dans ce dispositif on utilise un même composant dans les trois modes. Cependant ce dispositif propose une architecture servant à couvrir deux situations de vie à savoir une charge de la 10 batterie via un convertisseur, un élément de commutation et un redresseur, et une alimentation du moteur via le convertisseur l'élément de commutation et un onduleur. Cependant, ce dispositif est limité aux deux modes de fonctionnement et rajoute un dispositif, un commutateur, qui augmente le poids du véhicule. 15 Egalement, dans le document WO 2014/180606 on décrit un dispositif de distribution de puissance dans un véhicule, dont l'architecture, c'est-à-dire l'agencement et la connexion des organes, est tel qu'un courant extérieur peut être alimenté dans un convertisseur. Cependant ce dispositif ne résout pas le problème mentionné plus haut. 20 Un but de la présente invention est donc de répondre aux inconvénients du document de l'art antérieur mentionné ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de fournir un dispositif électrique multifonction capable d'assumer une fonction d'alimentation et de recharge en minimisant son coût, son poids et son volume. Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un dispositif électrique multifonction pour un véhicule comprenant un circuit de charge de batterie agencé pour raccorder une alimentation externe en courant alternatif présentant une tension d'alimentation externe à une batterie du véhicule présentant une tension de charge, un premier circuit de conversion de courant agencé pour raccorder la batterie du véhicule présentant la tension de charge à une première alimentation interne montée sur le véhicule, 3040114 -3 présentant une première tension d'alimentation interne, au moins un second circuit de conversion de courant agencé pour raccorder la batterie du véhicule présentant la tension de charge à une seconde alimentation interne présentant une seconde tension d'alimentation externe, et un moyen de 5 pilotage agencé pour piloter le dispositif selon un mode de recharge de la batterie et un mode d'alimentation des alimentations internes, caractérisé en ce que le circuit de charge de batterie, le premier circuit de conversion de courant et le au moins un second circuit de conversion de courant partagent un transformateur commun réversible agencé pour être commuté par let 10 moyen de pilotage de sorte à transformer au moins l'une des tensions d'alimentation externe et/ou interne en la tension de charge dans le mode de recharge, et au moins l'une de la tension d'alimentation externe et de la tension de charge en la première et/ou seconde tension d'alimentation interne dans le mode d'alimentation. De cette manière, on mutualise les 15 composants de plusieurs dispositifs distincts afin d'obtenir un seul dispositif ayant les différentes fonctions gagnant ainsi en coût, en volume et en poids. De manière avantageuse, le moyen de pilotage comprend en outre un mode de charge et d'alimentation simultané dans lequel la tension d'alimentation externe est transformée en la tension de charge et au moins 20 l'une des première et/ou seconde tensions d'alimentation interne simultanément. Ainsi, on diminue les coûts et la complexité du dispositif en augmentant les fonctions. Une réalisation particulièrement intéressante consiste en ce que le transformateur est en outre agencé pour transformer la seconde tension 25 d'alimentation interne en la première tension d'alimentation interne en mode alimentation. De cette manière, on dispose d'une source supplémentaire d'alimentation. De manière avantageuse, le circuit de charge de batterie et les premier et second circuits de conversion de courant partagent en outre tous 30 les composants entre le transformateur et la batterie. Ainsi, on diminue les coûts et la complexité du dispositif. 3040114 Une réalisation particulièrement intéressante consiste en ce que les composants partagés comprennent des MOS. De cette manière, il peut avoir différentes fonctions. De manière avantageuse, le transformateur comprend un premier 5 enroulement basse tension agencé pour être raccordé à l'alimentation externe, un second enroulement basse tension raccordé à la batterie, et un premier et un second enroulements très basse tension raccordés aux alimentations internes, respectivement. De cette manière, le transformateur est simple à fabriquer. 10 Une réalisation particulièrement intéressante consiste en ce qu'une tension des enroulements basse tension est comprise dans la plage de 170 V et 500 V et une tension du premier enroulement très basse tension est comprise dans la plage de 6 à 18 V et celle du second enroulement très basse tension dans la plage de 22 à 30 V ou de 36 à 52 V. Ainsi, le dispositif 15 peut être utilisé avec une large variété d'équipements. Avantageusement, le dispositif électrique comprend en outre des moyens de refroidissement communs aux deux circuits. De cette manière, on diminue encore les coûts et la complexité du dispositif. Une réalisation particulièrement intéressante consiste en ce que le 20 dispositif électrique comprend également un microprocesseur commun aux deux circuits. De cette manière, on diminue encore plus les coûts et la complexité du dispositif. Un second aspect de l'invention est un véhicule comprenant un dispositif électrique selon le premier aspect de l'invention. 25 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement. limitatif et illustré par le dessin annexé, dans lequel : - la figure 1 représente un diagramme schématique du dispositif 30 électrique de la présente invention. 3040114 La figure 1 représente un mode de réalisation préféré du dispositif électrique de la présente invention. Selon ce mode de réalisation préféré, le dispositif électrique multifonction 1 pour un véhicule comprend un circuit de charge de batterie 11 agencé pour raccorder une alimentation externe en 5 courant alternatif présentant une tension d'alimentation externe Vlext, par exemple de 110 V ou 230 V, à une batterie du véhicule présentant une tension de charge \ici, par exemple 300 V. Egalement, il comprend un premier circuit de conversion de courant 12 agencé pour raccorder la batterie du véhicule présentant la tension de 10 charge Vch à une première alimentation interne montée sur le véhicule, présentant une première tension d'alimentation interne \flint, par exemple 12V, ainsi qu'au moins un second circuit de conversion de courant 12' agencé pour raccorder la batterie du véhicule présentant la tension de charge Vch à une seconde alimentation interne présentant une seconde 15 tension d'alimentation externe V2int, par exemple 24V ou 48V. Enfin il comprend un moyen de pilotage 2 agencé pour piloter le dispositif selon un mode de recharge de la batterie et un mode d'alimentation des alimentations internes. Le dispositif est notamment caractérisé en ce que le circuit de charge 20 de batterie 11, le premier circuit de conversion de courant 12 et le au moins un second circuit de conversion de courant 12' partagent divers composants 3, 4, 5, 13, 14 dont un transformateur commun réversible 3 agencé pour être commuté par le moyen de pilotage 2 de sorte à transformer au moins l'une des tensions d'alimentation externe et/ou interne Viext, V1int, V2int en la 25 tension de charge Vch dans le mode de recharge, et au moins l'une de la tension d'alimentation externe Viext et de la tension de charge Vch en la première et/ou seconde tension d'alimentation interne \flint, V2int dans le mode d'alimentation. Alternativement, le moyen de pilotage 2 comprend également un 30 mode de charge et d'alimentation simultané dans lequel la tension d'alimentation externe Viext est transformée en la tension de charge Vch et au 3040114 moins l'une des première et/ou seconde tensions d'alimentation interne Vint, V2int simultanément. De plus, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le transformateur 3 peut être agencé pour transformer la seconde 'tension d'alimentation interne V2int en la première tension d'alimentation 5 interne \finit en mode alimentation. Par ailleurs, le circuit de charge de batterie 11 et les premier et second circuits de conversion de courant 12, 12' partagent de préférence tous les composants entre le transformateur 3 et la batterie, c'est-à-dire les MOS 4 qui sont agencés pour être configurés par le moyen de pilotage 2 de sorte à 10 présenter une fonction de pont de diode en mode de recharge et en mode recharge et alimentation simultané et une fonction d'onduleur en mode d'alimentation, et optionnellement un filtre 5. De préférence, le transformateur 3 comprend un premier enroulement basse tension agencé pour être raccordé à l'alimentation externe, un second 15 enroulement basse tension raccordé à la batterie, et un premier et un second enroulements très basse tension raccordés aux alimentations internes, respectivement. A noter que par premier et second enroulements très basse tension on entend également un unique enroulement très basse tension avec une sortie en point milieu. 20 De préférence, une tension des enroulements basse tension est comprise dans la plage de 170 V et 500 V et une tension du premier enroulement très basse tension est comprise dans la plage de 6 à 18 V et celle du second enroulement très basse tension dans la plage de 22 à 30 V ou de 36 à 52 V. 25 En plus des composants compris entre le transformateur 3 et la batterie, le dispositif électrique comprend en outre un microprocesseur 13 et des moyens de refroidissement 14 communs aux trois circuits.. En plus de la partie commune aux trois circuits comprenant le transformateur 3, le circuit de charge 11 comprend également des 30 composants propres à un circuit de charge tels qu'un convertisseur AC/DC 6, 3040114 - 7 - un correcteur de facteur de puissance 7 et un convertisseur DC/AC 8 entre le transformateur 3 et la prise secteur. De la même manière, les circuits de conversion de courant 12, 12' comprennent en outre chacun un filtre 9, 9' et un convertisseur AC/DC lp, 10' entre le transformateur 3 et les alimentations 5 internes. L'invention porte également sur un véhicule automobile comprenant le dispositif électrique décrit plus haut. On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents 10 modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS1. Dispositif électrique multifonction (1) pour un véhicule - comprenant un circuit de charge de batterie (11) agencé pour raccorder une alimentation externe en courant alternatif présentant une tension d'alimentation externe (Viext) à une batterie du véhicule présentant une tension de charge (Vch), un premier circuit de conversion de courant (12) agencé pour raccorder ladite batterie du véhicule présentant la tension de charge (Vch) à 10 une première alimentation interne montée sur ledit véhicule, présentant une première tension d'alimentation interne (V1,,,t), au moins un second circuit de conversion de courant (12') agencé pour raccorder ladite batterie du véhicule présentant la tension de charge (Vch) à une seconde alimentation interne présentant une seconde tension 15 d'alimentation externe (V2int), et un moyen de pilotage (2) agencé pour piloter ledit dispositif selon un mode de recharge de la batterie et un mode d'alimentation des alimentations internes, caractérisé en ce que 20 le circuit de charge de batterie, le premier circuit de conversion de courant et le au moins un second circuit de conversion de courant partagent un transformateur commun réversible (3) agencé pour être commuté par ledit moyen de pilotage de sorte à transformer : au moins l'une des tensions d'alimentation externe et/ou interne 25 (Viext, V2int) en la tension de charge (Vch) dans le mode de recharge, et au moins l'une de la tension d'alimentation externe (Viext) et de la tension de charge (Vch) en la première et/ou seconde tension d'alimentation interne (\flint, V2int) dans le mode d'alimentation. 3040114 2. Dispositif électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de pilotage (2) comprend en outre un mode de charge et d'alimentation simultané dans lequel la tension d'alimentation externe (Viext) est transformée en la tension de charge (Vch) et au moins l'une des première et/ou seconde tensions d'alimentation interne (Viint, Vânt) simultanément. 3. Dispositif électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le transformateur (3) est en outre agencé pour transformer la seconde tension d'alimentation interne (V2int) en la première tension d'alimentation interne (Viint) en mode alimentation. 4. Dispositif électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de charge de batterie (11) et les premier et second circuits de conversion de courant (12, 12') partagent en outre tous les composants entre le transformateur (3) et la batterie. 5. Dispositif électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les composants partagés comprennent des MOS (4). 6. Dispositif électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le transformateur (3) comprend un premier enroulement basse tension agencé pour être raccordé à l'alimentation externe, un second enroulement basse tension raccordé à la batterie, et un premier et un second enroulements très basse tension raccordés aux alimentations internes, respectivement. 7. Dispositif électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une tension des enroulements basse tension est comprise dans la plage de 170 V et 500 V et une tension du premier enroulement très basse tension est comprise dans la plage de 6 à 18 V et celle du second enroulement très basse tension dans la plage de 22 à 30 V ou de 36 à 52 V. 8. Dispositif électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de refroidissement (14) commuris aux trois circuits. 3040114 -10- 9. Dispositif électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend également un microprocesseur (13) commun aux trois circuits. 10. Véhicule automobile comportant au moins un dispositif électrique selon l'une des revendications 1 à 9.