Brevet FR3065598A1 — publié le 20181026

Dispositif de filtrage pour chargeur de batterie de véhicules automobiles et chargeur de batterie équipé d'un tel dispositif de filtrage La présente invention concerne le chargement de batteries à partir d'un réseau d'alimentation électrique et plus particulièrement un dispositif et un procédé de charge de batteries pour véhicules automobiles. Cette invention s'applique également, de manière plus générale, à tout système intégrant un filtre de compatibilité électromagnétique. Lors de la mise en oeuvre d'un chargeur sur un réseau d'alimentation électrique, les capacités de mode commun du filtre de compatibilité électromagnétique du chargeur, c'est-à-dire les capacités situées entre les phases et le neutre d'une part, et la terre sont traversées par un courant issu du réseau d'alimentation électrique, et par les courants parasites liés au découpage des étapes de conversion d'énergie. Le passage de ces courants dans les capacités développe à leurs bornes une différence de potentiel. Si cette différence de potentiel est trop importante, un utilisateur qui entre en contact simultanément avec une phase et la terre alors que le chargeur n'est plus alimenté par le réseau électrique sera électrisé. Afin de réduire voir annuler ce risque, des contraintes réglementaires et sécuritaires obligent que toutes les capacités présentes sur la partie primaire d'un chargeur pour véhicule automobile soient déchargées à un seuil défini et la tension résiduelle soit inférieure à une valeur définie. Cependant, pour assurer la sécurité des personnes, il est préférable de forcer la décharge des capacités de mode commun. Dans le but de décharger les capacités de mode commun, une solution consiste en un pilotage de la décharge par le système de contrôle du chargeur. On pourra à cet égard se référer au document U59,252,669 qui propose d'utiliser le système de contrôle du chargeur pour comparer la 3065598 2 tension au primaire du chargeur avec un seuil de tension. Si la tension au primaire est inférieure au seuil pendant une durée déterminée, certaines capacités de mode commun sont déchargées. Cependant, le dispositif décrit dans ce document présente 5 l'inconvénient de ne pas décharger toutes les capacités de mode commun présentes dans le circuit. En outre ce dispositif a besoin d'un composant spécifique de pilotage pour fonctionner, nécessitant une alimentation supplémentaire. On a représenté sur la figure 1 un dispositif de filtrage FT 10 selon l'état de la technique qui est destiné à être raccordé en entrée d'un redresseur d'un chargeur de batterie et qui est destiné à supprimer les courants et tensions parasites générés par les composants semi-conducteurs auxquels il est raccordé. Le dispositif comporte un étage d'entrée 1 raccordé au réseau 15 d'alimentation électrique monophasé R et un étage de filtration 2 qui supprime les intensités parasites générées par les semi-conducteurs. L'étage d'entrée 1 comporte un fusible F, des varistances R1, R2, R3 et un éclateur E. L'étage de filtration 2 comprend des condensateurs Cdiffl et Cdiff2, des inductances de mode commun 20 Lcml et Lcm2 et des condensateurs de mode commun Ccm. En fonctionnement, lorsque le filtre est alimenté par le réseau électrique R, les condensateurs de mode commun Ccm se chargent et les courants délivrés par le dispositif de filtrage est exempt d'harmonique. 25 On se réfère à la figure 2 qui illustre l'évolution de la tension de mode commun VCcm d'un filtre conforme à l'état de l'art, selon l'état du réseau d'alimentation. Lorsque le filtre FT est alimenté par le réseau R, la tension de mode commun varie selon la même fréquence que celle de la tension 30 d'alimentation Vac du réseau électrique, mais est déphasée de 180°. Lorsque la tension d'alimentation Vac n'est plus appliquée au chargeur (coupure au temps TACoff), les capacités Ccm peuvent rester chargées à un potentiel de tension indéfini et la tension de mode commun VCcm peut être supérieure à 100V et atteindre 180V. 3065598 3 Le but de l'invention est donc de pallier les inconvénients liés aux chargeurs de batterie selon l'état de la technique. Au vu de ce qui précède l'invention propose un chargeur apte à redresser une tension alternative en tension continue et à recharger une 5 batterie de traction/propulsion d'un véhicule électrique ou hybride, comprenant un moyen de filtrage d'une tension d'entrée, et un moyen redresseur de la tension d'entrée filtrée. Selon une caractéristique du dispositif selon l'invention, le moyen de filtrage comprend des moyens passifs de décharge de toutes 10 les capacités de mode commun dudit moyen de filtrage. Selon une autre caractéristique du dispositif selon l'invention, le moyen de décharge d'une capacité de mode commun comprend des moyens de blocage d'un transistor de décharge utilisant une tension image du courant circulant dans le moyen de filtrage. 15 Avantageusement, les moyens de blocage d'un transistor comprennent d'une part un transformateur et une résistance, le circuit primaire du transformateur étant connecté au neutre et à une phase du moyen de filtrage, et le circuit secondaire du transformateur étant connecté à la résistance apte à délivrer une tension image du courant 20 circulant dans le moyen de filtrage, et d'autre part un moyen redresseur de la tension image. De préférence, le moyen redresseur de tension est un pont à diodes. Selon une autre caractéristique du dispositif selon l'invention, 25 le moyen de filtrage est un filtre de compatibilité électromagnétique. L'invention propose également un dispositif de filtrage pour chargeur de batterie apte à redresser une tension alternative en tension continue et à recharger une batterie de traction/propulsion d'un véhicule électrique ou hybride, ledit dispositif étant apte à être 30 raccordé en entrée du chargeur et comprenant un moyen de filtrage. Selon une caractéristique du dispositif selon l'invention, le dispositif comporte des moyens passifs de décharge de toutes les capacités de mode commun dudit moyen de filtrage. 3065598 4 Avantageusement, le moyen de décharge d'une capacité de mode commun comprend des moyens passifs de blocage d'un transistor de décharge utilisant une tension image du courant circulant dans le moyen de filtrage. 5 De préférence, les moyens de blocage d'un transistor comprennent un transformateur et une résistance, le circuit primaire du transformateur étant connecté au neutre et à une phase, et le circuit secondaire du transformateur étant connecté à la résistance apte à délivrer une tension image du courant circulant dans le moyen de 10 filtrage. L'invention a également pour objet un procédé de charge d'une batterie de traction/propulsion d'un véhicule électrique ou hybride à partir d'un réseau électrique, au moyen d'un chargeur apte à redresser une tension alternative en tension continue, le chargeur comprenant 15 des moyens de filtrage, des moyens redresseurs de tension et un convertisseur de tension. Selon une caractéristique du procédé selon l'invention, le moyen de filtrage comprend des moyens passifs de décharge de toutes les capacités de mode commun entre les phases et la terre dudit moyen 20 de filtrage lorsque l'alimentation du réseau est coupée. Avantageusement, le moyen de décharge d'une capacité de mode commun comprend des moyens de blocage d'un transistor de décharge utilisant une tension image du courant circulant dans le moyen de filtrage. 25 D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - Les figures 1 et 2, dont il a déjà été fait mention, illustrent 30 un dispositif de filtrage selon l'état de la technique et l'évolution de la tension de mode commun du dispositif de la figure 1 ; - La figure 3 est une vue schématique d'un dispositif de filtrage conforme à l'invention ; 3065598 5 - La figure 4 montre l'évolution de la tension de mode commun d'un filtre conforme à l'invention, selon l'état du réseau d'alimentation électrique ; et - La figure 5 est une vue schématique d'un chargeur conforme 5 à l'invention. On se réfère à la figure 3 qui illustre un dispositif de filtrage conforme à l'invention. Ce dispositif est destiné à être raccordé en entrée d'un chargeur de batterie de traction/propulsion d'un véhicule automobile. Un tel dispositif peut également être intégré à tout 10 système électrique intégrant un filtre de compatibilité électromagnétique pour décharger les capacités de mode commun. L'invention est également transposable à un chargeur se connectant sur un réseau d'alimentation triphasé. Sur cette figure, on reconnaît le dispositif de filtrage FT qui 15 comporte un étage d'entrée 4 destiné à être raccordé au réseau d'alimentation électrique R, un étage de filtration 5 raccordé à l'étage d'entrée 4 et qui est destiné à supprimer les harmoniques de courant issues des semi-conducteurs, et un étage 7 de décharge des capacités de mode commun. Par souci de clarté, un seul condensateur de mode 20 commun Ccm relié à l'étage de décharge a été illustré à la figure 3. Pour décharger l'ensemble des capacités de mode commun Ccm, un étage de décharge similaire à l'étage 7 de décharge doit être connecté à chaque borne de l'étage de filtration 5 comportant des capacités de mode commun. 25 L'étage d'entrée 4 comporte un fusible Fi raccordé dans la ligne de phase L. Le fusible Fi est raccordé à la terre GND par l'intermédiaire d'une varistance R4 et d'un éclateur El. Une varistance R5 est raccordée d'une part au fusible Fi et d'autre part, au neutre N du circuit d'alimentation. Une varistance R6 est raccordée 30 d'une part, au neutre N et d'autre part, à la terre GND par l'intermédiaire de l'éclateur El. L'étage de filtration 5 comprend un module 6 comprenant une inductance de mode commun Lcm4 dont un enroulement est relié à la ligne de phase L et un second enroulement est relié à la ligne de neutre 3065598 6 N du réseau d'alimentation, et dont les secondes connexions des enroulements de l'inductance de mode commun Lcm4 sont reliées chacune d'une part, à une connexion d'un condensateur de mode différentiel Cdiff4, et d'autre part, à un condensateur de mode 5 commun Ccm. La seconde connexion des condensateurs de mode commun Ccm est reliée à la terre. Le module 6 est raccordé à l'étage d'entrée 4 et à un condensateur Cdiff3 placé en parallèle de la sortie de l'étage 4 et de l'entrée de l'étage 5. Chaque enroulement de l'inductance de mode commun Lcm4 est raccordé à un enroulement 10 distinct de l'inductance de mode commun Lcm3. La seconde connexion de chaque enroulement de l'inductance de mode commun Lcm3 est raccordée à un second module 6. Un premier enroulement TR1 d'un transformateur TR est raccordé dans la ligne du condensateur Cdiff4 du second module 6. 15 L'étage 7 de décharge comporte un transformateur de courant TR dont le premier enroulement TR1 est relié à la sortie de l'étage 5 et le second enroulement TR2 est relié à un pont de diodes Dl. Une résistance R7 est reliée aux deux sorties de l'enroulement TR2 du transformateur TR. Le pont de diode Dl est relié, d'une part, 20 l'enroulement TR2 du transformateur TR, et d'autre part, à la résistance R7. Un condensateur Cl est relié en parallèle aux sorties du pont de diodes Dl. Une branche comportant une diode Zener Z1 dont l'anode est reliée à une résistance R8, est reliée aux deux connexions du condensateur Cl. Le noeud commun entre la diode Zener Z1 et la 25 résistance R8 est relié à la grille d'un transistor à effet de champs T2. Une autre branche parallèle au condensateur Cl, et reliée d'une part à la diode Zener Z1, et d'autre part, à la résistance R8, comporte deux résistances R9 et R10 reliées entre elles. Le noeud commun entre les résistances R9 et R10 est relié d'une part, au drain du transistor T2, et 30 d'autre part, à la grille d'un transistor à effet de champs Ti. Le circuit composé des résistances R9 et R10 forme un pont diviseur de tension. La source du transistor Ti est reliée à la seconde connexion à la résistance R10. Le drain du transistor Ti est relié à un pont de diodes D2. Une résistance R11 est raccordée dans la ligne reliant le transistor 3065598 7 Ti et le pont de diodes D2. Le pont de diodes D2 est raccordé d'une part à la résistance R10, et d'autre part, au condensateur de mode commun Ccm. En fonctionnement, lorsque le filtre est alimenté par le réseau 5 électrique R, un courant alternatif Idiff circule dans le condensateur Cdiff4 relié au transformateur TR puis dans le premier enroulement TR1 du transformateur de courant TR. La résistance R7 transforme le courant circulant dans le second enroulement TR2 du transformateur TR en une tension image du courant circulant dans le filtre, puis le 10 pont de diodes Dl redresse la tension aux bornes de la résistance R7. La tension V1, tension redressée, est filtrée par le condensateur Cl et comparée à la tension aux bornes de la diode Zener Z 1. La tension résultante Vt2, qui est la tension aux bornes de la résistance R8, et est positive en phase de fonctionnement du filtre, pilote la commutation 15 du transistor T2 en mode passant. Par conséquent le transistor Ti est en mode bloqué. Le condensateur de mode commun Ccm est chargé et la tension VCcm est non nulle. Lors de la coupure du réseau électrique, le courant Idiff décroît. Par conséquent les tensions V1 et Vt2 décroissent. Dès que Vt2 est inférieure à la tension de la diode 20 Zener Z1, le transistor T2 commute en mode bloqué et la tension Vt1 augmente. Dès que la tension Vt1 est supérieure à la tension de commande du transistor Ti, celui-ci devient conducteur et décharge le condensateur de mode commun Ccm à travers le pont de diodes D2 et la tension VCcm devient nulle. Le pont de diodes D2 permet de 25 maîtriser la polarité appliquée aux bornes du transistor Ti quelque soit la polarité de la tension aux bornes du condensateur Ccm. Avantageusement, l'étage 7 de décharge ne nécessite pas de source d'alimentation spécifique. Le dispositif de décharge de capacité de mode commun est un dispositif de décharge passif. 30 On se réfère à la figure 4 qui montre l'évolution de la tension de mode commun VCcm d'un filtre conforme à l'invention, selon l'état du réseau d'alimentation. Lorsque le filtre FT est connecté au réseau électrique R, la tension de mode commun varie selon la même fréquence que celle de 3065598 8 la tension d'alimentation Vac du réseau électrique, mais est déphasée de 180°. Lorsque la tension d'alimentation Vac n'est plus appliquée au chargeur (coupure au temps TACoff), la tension V1 décroît. Lorsque la tension V1 est inférieure à la tension de la diode Zener Z1, la tension 5 de commande du transistor T2 devient nulle, et par conséquent, la tension de mode commun VCcm est nulle. On se réfère à la figure 5 qui illustre un chargeur de batterie conforme à l'invention équipé d'un dispositif de filtrage tel que décrit précédemment en référence à la figure 3. Les éléments identiques à 10 ceux de la figure 3 sont désignés par les mêmes références numériques. Le dispositif de filtrage FT est, d'une part raccordé au réseau d'alimentation électrique R, et d'autre part, raccordé à l'étage 7 de décharge d'une capacité de mode commun et à un redresseur de tension 15 10. Une inductance Lim est raccordée d'une part, au redresseur de tension 10 et d'autre part à un redresseur de facteur de charge (PFC) 20. Un condensateur Cl est raccordé en parallèle aux deux sorties du redresseur de charge (PFC) 20. Un convertisseur de tension continu-continu 30 est raccordé au condensateur et à un transformateur 40. Un 20 ensemble LC composé d'un condensateur et d'une inductance sont montés en série et sont intégrés dans une ligne d'alimentation du transformateur 40. Le transformateur 40 est connecté à un redresseur de tension 50. Un condensateur C2 est connecté en parallèle aux sorties du redresseur de tension 50. Une batterie est connectée au 25 condensateur C2 par l'intermédiaire de deux résistances montées en série Ra et Rb dans la ligne de connexion reliant le pôle positif de la batterie et le condensateur C2. Les redresseurs de tension 10 et 50 peuvent être réalisés par un pont de diodes. Le redresseur de facteur de charge (PFC) 20 peut être 30 réalisé par deux branches montées en parallèle et comportant chacune un transistor à effet de champ raccordé en série à l'anode d'une diode. Le convertisseur de tension continu-continu peut être réalisé par un hacheur de tension. 3065598 9 En fonctionnement, lorsque le chargeur est alimenté par le réseau électrique R, il charge la batterie. Lorsque le réseau électrique est coupé, les condensateurs de mode commun Ccm sont déchargés. REVENDICATIONS1. Chargeur apte à redresser une tension alternative en tension continue et à recharger une batterie de traction/propulsion d'un véhicule électrique ou hybride comprenant un moyen de filtrage (FT) d'une tension d'entrée, et un moyen redresseur (10) de la tension d'entrée filtrée, caractérisé en ce que le moyen de filtrage comprend des moyens passifs de décharge de toutes les capacités de mode commun (Ccm) dudit moyen de filtrage. 2. Chargeur selon la revendication 1, dans lequel le moyen de décharge d'une capacité de mode (Ccm) commun comprend des moyens passifs de blocage d'un transistor (Ti) de décharge utilisant une tension image du courant circulant dans le moyen de filtrage. 3. Chargeur selon la revendication 2, dans lequel les moyens de blocage d'un transistor comprennent d'une part un transformateur (TR) et une résistance (R7), le circuit primaire du transformateur (TR1) étant connecté au neutre et à une phase du moyen de filtrage, et le circuit secondaire du transformateur (TR2) étant connecté à la résistance (R7) apte à délivrer une tension image du courant circulant dans le moyen de filtrage (FT), et d'autre part un moyen redresseur de ladite tension image. 4. Chargeur selon la revendication 3, dans lequel le moyen redresseur de tension (Dl) est un pont à diodes. 5. Chargeur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le moyen de filtrage (FT) est un filtre de compatibilité électromagnétique. 6. Dispositif de filtrage pour chargeur de batterie apte à redresser une tension alternative en tension continue et à recharger une batterie de traction/propulsion d'un véhicule électrique ou hybride, ledit dispositif étant apte à être raccordé en entrée du chargeur et comprenant un moyen de filtrage (FT), caractérisé en que le dispositif comporte des moyens passifs de décharge de toutes les capacités de mode commun (Ccm) dudit moyen de filtrage. 3065598 11 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel le moyen de décharge d'une capacité de mode commun (Ccm) comprend des moyens passifs de blocage d'un transistor (Ti) de décharge utilisant une tension image du courant circulant dans le moyen de filtrage (FT). 5 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens de blocage d'un transistor (Ti) comprennent un transformateur (TR) et une résistance (R7), le circuit primaire du transformateur (TR1) étant connecté au neutre et une phase, et le circuit secondaire (TR2) du transformateur étant connecté à la résistance (R7) apte à délivrer une 10 tension image du courant circulant dans le moyen de filtrage (FT). 9. Procédé de charge d'une batterie de traction/propulsion d'un véhicule électrique ou hybride à partir d'un réseau électrique, au moyen d'un chargeur apte à redresser une tension alternative en tension continue, le chargeur comprenant des moyens de filtrage (FT), 15 des moyens redresseur de tension (Dl, D2) et un convertisseur de tension (30), caractérisé en ce que le moyen de filtrage (FT) comprend des moyens passifs de décharge de toutes les capacités de mode commun (Ccm) entre les phases et la terre dudit moyen de filtrage lorsque l'alimentation du réseau est coupée. 20 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le moyen de décharge d'une capacité de mode commun (Ccm) comprend des moyens de blocage d'un transistor (Ti) de décharge utilisant une tension image du courant circulant dans le moyen de filtrage (FT).