Brevet FR3083382A1 — publié le 20200103

SYSTEME ELECTRIQUE ET PROCEDE DE CHARGE D'UNE BATTERIE, NOTAMMENT POUR VEHICULE DOMAINE TECHNIQUE ET OBJET DE L'INVENTION [0001] De façon générale, l'invention concerne le domaine des systèmes électriques destinés à la recharge d'une batterie, notamment destinés à être embarqués dans un véhicule automobile, en particulier un véhicule automobile à moteur électrique ou hybride. [0002] Plus précisément, un véhicule électrique ou hybride comprend une batterie d'alimentation basse tension, pour l'alimentation d'équipements électriques du véhicule, et une batterie d'alimentation haute tension qui participe à la propulsion du véhicule. Il est connu que le véhicule comprend un chargeur électrique embarqué, couramment désigné par l'homme du métier sous l'acronyme OBC pour « On-Board Charger » en anglais, utilisé pour la recharge de la batterie d'alimentation haute tension, et éventuellement la batterie d'alimentation basse tension, et qu'un convertisseur alternatif-continu soit utilisé pour la conversion de la tension entre une source de tension alternative et lesdites batteries d'alimentation. La présente invention concerne, dans ce contexte, un système électrique présentant plusieurs fonction remplies par le chargeur électrique et par un convertisseur alternatif-continu. ETAT DE LA TECHNIQUE [0003] Comme cela est connu, un véhicule automobile électrique ou hybride comprend un système de motorisation électrique, alimenté par une batterie d'alimentation haute tension via un réseau électrique embarqué haute tension, et une pluralité d'équipements électriques auxiliaires alimentés par une batterie d'alimentation basse tension via un réseau électrique embarqué basse tension. Ainsi, la batterie d'alimentation haute tension assure une fonction d'alimentation en énergie du système de motorisation électrique permettant la propulsion du véhicule. La batterie d'alimentation basse tension alimente des équipements électriques auxiliaires, tels que des calculateurs embarqués, des moteurs de lève-vitres, un système multimédia, etc. La batterie d'alimentation haute tension délivre typiquement une tension comprise entre 100 V et 900 V, de préférence entre 100 V et 500 V, tandis que la batterie d'alimentation basse tension délivre typiquement une tension de l'ordre de 12 V, 24 V ou 48 V. Ces deux batteries d'alimentation haute et basse tension doivent pouvoir être chargées. 2 [0004] La recharge en énergie électrique de la batterie d'alimentation haute tension est réalisée de manière connue en la connectant, via un réseau électrique haute tension du véhicule, à un réseau d'alimentation électrique externe, par exemple le réseau électrique alternatif domestique. A cette fin, la batterie d'alimentation haute tension est 5 apte à être connectée au réseau d'alimentation électrique externe, via un système électrique embarqué de charge, désigné chargeur électrique embarqué ou OBC (pour « On-Board Charger en anglais), comprenant classiquement un circuit redresseur et un circuit correcteur de facteur de puissance. [0005] La figure 1 représente un schéma bloc fonctionnel d'un chargeur électrique 10 embarqué OBC-10 unidirectionnel de l'état de l'art, chargé d'alimenter une batterie HV d'alimentation haute tension, typiquement dédiée à la propulsion d'un véhicule électrique ou hybride. Le chargeur électrique embarqué OBC-10 représenté comprend un circuit de filtrage électromagnétique EMC (optionnel) et un circuit correcteur de facteur de puissance PFC bidirectionnel, ledit circuit correcteur de facteur de puissance PFC 15 comprenant un circuit convertisseur alternatif-continu, recevant un courant électrique issu d'un réseau d'alimentation électrique externe G1 alternatif, tel qu'un réseau d'alimentation électrique alternatif domestique. [0006] Le module de précharge PC10 permet d'éviter qu'un courant d'appel important ne parcourt le circuit convertisseur alternatif-continu du circuit correcteur de 20 factureur de puissance PFC lors de la mise sous tension du système. Autrement dit, le module de précharge PC10 permet d'éviter une surintensité transitoire qui se produit lors de la mise sous tension de certains récepteurs électriques, et évite par conséquent une hausse trop rapide et importante de la charge, notamment dans la capacité de liaison Clink. Le module de précharge PC10 n'est actif que lors de la charge de la batterie HV 25 d'alimentation haute tension, correspondant à un mode de fonctionnement du chargeur électrique embarqué OBC-10 désigné « mode direct ». [0007] Toujours en référence à la figure 1, le circuit correcteur de facteur de puissance PFC a pour fonction principale d'éliminer les déformations du réseau d'alimentation électrique externe G1 causé par le courant absorbé par le système pour 30 éviter l'apparition de courants harmoniques néfastes au réseau d'alimentation électrique externe. [0008] Enfin, la charge de la batterie d'alimentation basse tension, non représentée sur la figure 1, est réalisée de manière connue par la batterie HV d'alimentation haute tension, par un deuxième convertisseur continu-continu, non représenté sur la figure, 3 connecté entre la batterie HV d'alimentation haute tension et la batterie d'alimentation basse tension. [0009] Ainsi, la charge de la batterie HV d'alimentation haute tension est réalisée grâce au chargeur électrique embarqué OBC-10 dans le véhicule. Cependant, avec un 5 convertisseur continu-continu DC/DC10 unidirectionnel, le chargeur électrique embarqué OBC-10 est seulement capable de charger la batterie HV d'alimentation haute tension, mais l'inverse, c'est-à-dire alimenter une charge à partir de la batterie HV d'alimentation haute tension chargée, n'est pas possible. [0010] Une solution permettant d'obtenir un chargeur électrique embarqué OBC-10 10 bidirectionnel est de remplacer le convertisseur continu-continu DC/DC10 unidirectionnel par un autre convertisseur continu-continu, bidirectionnel. Or, un convertisseur continu-continu bidirectionnel est plus coûteux qu'un convertisseur continu-continu unidirectionnel. De plus, cette solution est fastidieuse, puisqu'elle ne permet pas de modifier simplement un chargeur électrique embarqué OBC-10 tel que présenté précédemment, par un ajout 15 de composants à faible coût, mais nécessite de remplacer des composants déjà présents dans ce chargeur électrique embarqué OBC-10 en engendrant un surcoût important. [0011] Pour pallier ces inconvénients, la présente invention propose d'utiliser un chargeur électrique apte à fonctionner dans deux modes différents, c'est-à-dire dans un « mode direct », correspondant à la charge de la batterie HV d'alimentation haute tension 20 et dans un « mode inverse », dans lequel il réalise une fonction d'alimentation d'une charge à partir de ladite batterie HV d'alimentation haute tension. PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION [0012] Plus précisément, l'invention vise un système électrique, notamment pour 25 véhicule automobile, comprenant un chargeur électrique destiné à alimenter une batterie d'alimentation, notamment destinée à fournir une énergie pour l'entrainement d'un véhicule, ledit chargeur électrique comportant un circuit correcteur de facteur de puissance, comprenant une première interface de connexion et une deuxième interface de connexion, et un convertisseur continu-continu, comprenant une première interface de 30 connexion et une deuxième interface de connexion. [0013] A cette fin, le chargeur électrique du système électrique est remarquable en ce qu'il est configuré pour présenter deux modes de fonctionnement : 4 - un mode de fonctionnement « direct », dans lequel un réseau d'alimentation électrique externe alimente la batterie, par l'intermédiaire du circuit correcteur de facteur de puissance et du convertisseur continu-continu, la deuxième interface de connexion du circuit correcteur de facteur de 5 puissance étant reliée à la première interface de connexion du convertisseur continu-continu, ladite deuxième interface de connexion correspondant à une interface de sortie du circuit correcteur de facteur de puissance en mode direct, - un mode de fonctionnement « inverse », dans lequel la batterie alimente une 10 charge par l'intermédiaire du circuit correcteur de facteur de puissance, le système électrique comprenant un circuit de court-circuit du convertisseur continu-continu, ledit circuit de court-circuit comprenant au moins un interrupteur permettant de relier directement la deuxième interface de connexion du convertisseur continu-continu à la deuxième interface de connexion du circuit correcteur de facteur de puissance, la 15 deuxième interface de connexion du circuit correcteur de facteur de puissance correspondant à une interface d'entrée du circuit correcteur de facteur de puissance, en mode de fonctionnement inverse. [0014] Selon un aspect de l'invention, le chargeur électrique du système électrique comprend un module de précharge dont la première interface de connexion est reliée par 20 l'intermédiaire d'un interrupteur à la deuxième interface de connexion du circuit correcteur de facteur de puissance et dont la deuxième interface de connexion est reliée à la deuxième interface de connexion du convertisseur continu-continu, ledit module de précharge étant configuré pour, en mode inverse, charger une capacité connectée à la deuxième interface du circuit correcteur de facteur de puissance à partir de la batterie 25 connectée à la deuxième interface de connexion du convertisseur continu-continu. [0015] Dans une forme de réalisation, le chargeur électrique du système électrique comprend un deuxième module de précharge dont la première interface de connexion est reliée par l'intermédiaire d'un interrupteur à la première interface de connexion du circuit correcteur de facteur de puissance et dont la deuxième interface de connexion est reliée à 30 la deuxième interface de connexion du circuit correcteur de facteur de puissance. [0016] De manière avantageuse, le chargeur électrique du système électrique comprend un fusible. [0017] Avantageusement, le chargeur électrique du système électrique comprend un deuxième convertisseur continu-continu élévateur relié d'une part à la deuxième interface 5 de connexion du convertisseur continu-continu, et d'autre part à la deuxième interface de connexion du circuit correcteur de facteur de puissance. [0018] De manière avantageuse, le circuit correcteur de facteur de puissance du chargeur électrique du système électrique est bidirectionnel, et le convertisseur continu-5 continu est unidirectionnel de sa première interface de connexion vers sa deuxième interface de connexion. [0019] L'invention concerne un procédé d'alimentation d'une charge à partir d'une batterie, notamment pour véhicule automobile, ledit procédé étant mis en oeuvre par un système électrique comprenant un chargeur électrique tel que brièvement décrit ci-10 dessus. Le procédé est remarquable en ce qu'il comprend les étapes de fonctionnement suivantes : - fermeture de l'au moins un interrupteur reliant la deuxième interface de connexion du convertisseur continu-continu, avec la deuxième interface de connexion du circuit correcteur de facteur de 15 puissance, - conversion, par le circuit correcteur de facteur de puissance, d'une tension continue issue de la batterie par l'intermédiaire de la deuxième interface du convertisseur continu-continu, de l'au moins un interrupteur, de la deuxième interface de connexion, en tension 20 alternative adaptée à l'alimentation de la charge reliée à la première interface de connexion du circuit correcteur de facteur de puissance, - alimentation de la charge par la tension alternative issue du circuit correcteur de facteur de puissance. 25 [0020] L'invention concerne également un procédé d'alimentation d'une charge à partir d'une batterie, notamment pour véhicule automobile, ledit procédé étant mis en oeuvre par un système électrique comprenant un chargeur électrique tel que brièvement décrit ci-dessus. Le procédé est remarquable en ce qu'il comprend une détection de la tension aux interfaces de la charge et aux interfaces de la batterie, et lorsque la tension 30 aux interfaces de la charge est inférieure à celle aux interfaces de la batterie, des étapes de : - fermeture de l'au moins un interrupteur reliant la deuxième interface de connexion du convertisseur continu-continu avec la deuxième interface de connexion du circuit correcteur de facteur de puissance, 6 - conversion, par le circuit correcteur de facteur de puissance, d'une tension continue issue de la batterie par l'intermédiaire de la deuxième interface du convertisseur continu-continu, de l'au moins un interrupteur, de la deuxième interface de connexion, en tension 5 alternative adaptée à l'alimentation de la charge reliée à la première interface de connexion du circuit correcteur de facteur de puissance, - alimentation de la charge par la tension alternative issue du circuit correcteur de facteur de puissance. 10 [0021] L'invention concerne également un procédé d'alimentation d'une charge à partir d'une batterie, notamment pour véhicule automobile, ledit procédé étant mis en oeuvre par un système électrique comprenant un chargeur électrique et un deuxième convertisseur continu-continu élévateur tel que brièvement décrit ci-dessus. Le procédé est remarquable en ce qu'il comprend une détection de la tension aux interfaces de la 15 charge et aux interfaces de la batterie, et lorsque la tension aux interfaces de la charge est supérieure à celle aux interfaces de la batterie, des étapes de : - conversion, par le deuxième convertisseur continu-continu, d'une tension continue issue de la batterie par l'intermédiaire de la deuxième interface du convertisseur continu-continu, en une 20 tension plus élevée délivrée à la deuxième interface du circuit correcteur de facteur de puissance, - conversion, par le circuit correcteur de facteur de puissance, d'une tension continue issue de la batterie par l'intermédiaire de la deuxième interface du convertisseur continu-continu, de l'au moins 25 un interrupteur, de la deuxième interface de connexion, en tension alternative adaptée à l'alimentation de la charge reliée à la première interface de connexion du circuit correcteur de facteur de puissance, - alimentation de la charge par la tension alternative issue du circuit 30 correcteur de facteur de puissance. [0022] La présente invention vise aussi un véhicule automobile électrique ou hybride comprenant un système électrique tel que brièvement décrit ci-dessus. DESCRIPTION DES FIGURES 35 7 [0023] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels : 5 - la figure 1 (déjà commentée), le schéma bloc fonctionnel d'un système électrique selon l'état de l'art, la figure 2 représente le schéma bloc fonctionnel d'un mode de réalisation d'un système électrique selon l'invention, - la figure 3, un schéma électronique du mode de réalisation de la figure 2, 10 - la figure 4, un schéma électronique d'un autre mode de réalisation selon l'invention. [0024] Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour mettre en oeuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. 15 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION [0025] Il est rappelé que la présente invention est décrite ci-après à l'aide de différents modes de réalisation non limitatifs et est susceptible d'être mise en oeuvre dans des variantes à la portée de l'homme du métier, également visées par la présente 20 invention. [0026] La figure 2 représente un schéma bloc fonctionnel d'un premier mode de réalisation du chargeur électrique OBC-1 électrique d'un système électrique selon l'invention. Ce chargeur électrique OBC-1 est notamment destiné à être embarqué dans un véhicule automobile électrique ou hybride. Le chargeur électrique OBC-1 permet dans 25 un mode dit « direct » de charger une batterie HV d'alimentation haute tension à partir d'un réseau d'alimentation électrique externe G1, par exemple un réseau domestique, ou d'alimenter, dans un mode dit REVENDICATIONS1. Système électrique, notamment pour véhicule automobile, comprenant un chargeur électrique (OBC-1, OBC-2) destiné à alimenter une batterie (HV) d'alimentation notamment destinée à fournir une énergie pour l'entrainement d'un véhicule, ledit 5 chargeur électrique (OBC-1, OBC-2) comportant un circuit correcteur de facteur de puissance (PFC), comprenant une première interface de connexion (B1) et une deuxième interface de connexion (B2), et un convertisseur continu-continu (DC/DC), comprenant une première interface de connexion (B3) et une deuxième interface de connexion (B4), le chargeur électrique (OBC-1, OBC-2) étant caractérisé en ce qu'il est configuré pour 10 présenter deux modes de fonctionnement : - un mode de fonctionnement « direct », dans lequel un réseau d'alimentation électrique externe (G1) alimente la batterie (HV) par l'intermédiaire du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC) et du convertisseur continu-continu (DC/DC), la deuxième interface de connexion 15 (B2) du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC) étant reliée à la première interface de connexion (B3) du convertisseur continu-continu (DC/DC), la deuxième interface de connexion (B2) correspondant à une interface de sortie du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC) en mode direct, 20 - un mode de fonctionnement « inverse », dans lequel la batterie (HV) alimente une charge par l'intermédiaire du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC), le système électrique comprenant un circuit de court-circuit du convertisseur continu-continu (DC/DC), ledit circuit de court-circuit comprenant au moins un interrupteur (B, D) 25 permettant de relier directement la deuxième interface de connexion (B4) du convertisseur continu-continu (DC/DC) à la deuxième interface de connexion (B2) du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC), la deuxième interface de connexion (B2) du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC) correspondant à une interface d'entrée du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC), en mode de fonctionnement 30 inverse. 2. Système électrique selon la revendication précédente, dans lequel le chargeur électrique (OBC-1, OBC-2) comprend un module de précharge (PC2) dont la première interface de connexion (B7) est reliée par l'intermédiaire d'un interrupteur (A) à la 35 deuxième interface de connexion (B2) du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC) 13 et dont la deuxième interface de connexion (B8) est reliée à la deuxième interface de connexion (B4) du convertisseur continu-continu (DC/DC), ledit module de précharge (PC2) étant configuré pour, en mode inverse, charger une capacité connectée à la deuxième interface du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC) à partir de la batterie (HV) connectée à la deuxième interface de connexion (B4) du convertisseur continu-continu (DC/DC). 3. Système électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le chargeur électrique (OBC-1, OBC-2) comprend un deuxième convertisseur continu- continu (CE) élévateur relié d'une part à la deuxième interface de connexion (B4) du convertisseur continu-continu (DC/DC), et d'autre part à la deuxième interface de connexion (B2) du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC). 4. Système électrique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit correcteur de facteur de puissance (PFC) est bidirectionnel, et le convertisseur continu-continu (DC/DC) est unidirectionnel de sa première interface de connexion (B3) vers sa deuxième interface de connexion (B4). 5. Procédé d'alimentation d'une charge à partir d'une batterie (HV), notamment pour véhicule automobile, ledit procédé étant mis en oeuvre par un système électrique selon l'une des revendications précédentes, le procédé d'alimentation étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : i. fermeture de l'au moins un interrupteur (B, D) reliant la deuxième interface de connexion (B4) du convertisseur continu-continu (DC/DC), avec la deuxième interface de connexion (B2) du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC), ii. conversion, par le circuit correcteur de facteur de puissance (PFC), d'une tension continue issue de la batterie (HV) par l'intermédiaire de la deuxième interface de connexion (B4) du convertisseur continu-continu (DC/DC), de l'au moins un interrupteur (B, D), de la deuxième interface de connexion (B2), en tension alternative adaptée à l'alimentation de la charge reliée à la première interface de connexion (B1) du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC), iii. alimentation de la charge par la tension alternative issue du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC). 14 6. Procédé d'alimentation d'une charge à partir d'une batterie (HV), notamment pour véhicule automobile, ledit procédé étant mis en oeuvre par un système électrique selon l'une des revendications précédentes, le procédé d'alimentation étant caractérisé en ce qu'il comprend une détection de la tension aux interfaces de la charge et aux interfaces 5 de la batterie (HV), et lorsque la tension aux interfaces de la charge est inférieure à celle aux interfaces de la batterie (HV), des étapes de : i. fermeture de l'au moins un interrupteur (B, D) reliant la deuxième interface de connexion (B4) du convertisseur continu-continu (DC/DC) avec la deuxième interface de connexion (B2) du circuit 10 correcteur de facteur de puissance (PFC), ii. conversion, par le circuit correcteur de facteur de puissance (PFC), d'une tension continue issue de la batterie (HV) par l'intermédiaire de la deuxième interface (B4) du convertisseur continu-continu (DC/DC), de l'au moins un interrupteur (B, D), de la deuxième 15 interface de connexion (B2), en tension alternative adaptée à l'alimentation de la charge reliée à la première interface de connexion (B1) du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC), iii. alimentation de la charge par la tension alternative issue du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC). 20 7. Procédé d'alimentation d'une charge selon la revendication précédente, à partir d'une batterie (HV), notamment pour véhicule automobile, ledit procédé étant mis en oeuvre par un système électrique selon la revendication 3, le procédé d'alimentation étant caractérisé en ce qu'il comprend une détection de la tension aux interfaces de la charge 25 et aux interfaces de la batterie (HV), et lorsque la tension aux interfaces de la charge est supérieure à celle aux interfaces de la batterie (HV), des étapes de : i. conversion, par le deuxième convertisseur continu-continu (CE), d'une tension continue issue de la batterie (HV) par l'intermédiaire de la deuxième interface (B4) du convertisseur continu-continu 30 (DC/DC), en une tension plus élevée délivrée à la deuxième interface (B2) du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC), ii. conversion, par le circuit correcteur de facteur de puissance (PFC), d'une tension continue issue de la batterie (HV) par l'intermédiaire de la deuxième interface (B4) du convertisseur continu-continu 35 (DC/DC), de l'au moins un interrupteur (B, D), de la deuxième interface de connexion (B2), en tension alternative adaptée à 15 l'alimentation de la charge reliée à la première interface de connexion (B1) du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC), iii. alimentation de la charge par la tension alternative issue du circuit correcteur de facteur de puissance (PFC). 8. Véhicule automobile électrique ou hybride comprenant un système électrique selon l'une des revendications 1 à 4. 5