Brevet FR3078212A1 — publié le 20190823

Convertisseur DC-DC pour chargeur bidirectionnel La présente invention se rapporte à un convertisseur continu-continu pour un chargeur de batterie d'accumulateurs électriques bidirectionnel. Un chargeur de batterie d'accumulateurs électriques classique est unidirectionnel en ce sens qu'il permet uniquement de recharger les accumulateurs électriques depuis un réseau externe d'alimentation électrique, ce qu'on appelle communément le sens de charge ou encore sens direct. Un tel chargeur de batterie d'accumulateurs électrique unidirectionnel comprend généralement un étage de correction du facteur de puissance, aussi connu sous son abréviation anglophone PFC, et un étage de conversion continu-continu, aussi connu sous le nom de hacheur en français et plus généralement appelé étage DC-DC. Cependant, il est aujourd'hui utile que les chargeurs d'accumulateurs puissent aussi délivrer l'électricité accumulée à un réseau électrique externe ; on parle alors de chargeurs bidirectionnels. La fourniture de courant par la batterie d'accumulateurs électriques au réseau externe étant dit sens de décharge, ou encore sens indirect. On connaît notamment des chargeurs bidirectionnels, tel que celui du 20 document FR3014260 A1, qui décrit un chargeur à DCDC résonnant du type en montage LC série. Cependant, Un tel montage ne permet pas de changer de type de conversion d'énergie car son gain est toujours inférieur à 1. On connaît aussi un chargeur bidirectionnel (ou réversible) pour des applications à forte densité de puissance tel que représenté en figure 1 de l'art 25 antérieur, qui met en oeuvre un convertisseur DC-DC du type LLC résonant à pont complet. Un convertisseur LLC résonant à pont complet 10 selon la figure 1, comprend un pont complet de commutation 11 générant un signal ou tension carré (ou rectangulaire) excitant un circuit LLC 12, composé d'un condensateur 30 et de deux inductances. Le circuit LLC 12 produit alors un courant alternatif résonant dans un transformateur 13 qui est redressé par le pont redresseur 14. Le signal/courant redressé est alors filtré par le condensateur de sortie 15 avant d'être collecté par la batterie 16. 2 L'ensemble formé par le pont complet de commutation 11 et le circuit LLC 12 étant dit circuit primaire ou partie primaire du convertisseur, et l'ensemble formé du pont redresseur 14 et du condensateur de sortie 15 étant dit circuit secondaire, ou partie secondaire du convertisseur. En d'autres termes, dans un 5 fonctionnement unidirectionnel d'un chargeur, le courant est envoyé depuis le primaire vers le secondaire, on parle de sens direct de fonctionnement du convertisseur. Toutefois, les chargeurs bidirectionnels nécessitent, pour permettre une commande relativement correcte de l'onduleur, que la tension Vdc du bus DC ait 10 une valeur au moins supérieure à une tension minimale noté Vdcmin. A titre d'exemple pour un réseau électrique monophasé de tension maximale phase-neutre de 240 Vrms et pour assurer un fonctionnement correct de l'onduleur même sous 15% de dépassement court de la tension réseau, Vdcmin doit être égale à 390V. 15 Pour un réseau électrique triphasé de tension maximale entre phases de 415 Vrms et pour assurer un fonctionnement correct de l'onduleur même sous 15% de dépassement court de tension, Vdcmin peut avoir une valeur égale à 340V. A titre d'exemple, en référence à la figure 1 d'art antérieur, pour une batterie de tension Vbat variant de 240 V à 440 V et un rapport de transformation m, correspondant au rapport des inductances du transformateur 13, m=Np/Ns égal à 1.33, le gain du convertisseur DCDC réversible, ici G=Vdc/m.Vbat, avec Vdc la tension du bus continu variant entre Vdcmin et Vdcmax fixée à 450V, doit pouvoir varier dans les meilleurs des cas d'une valeur comprise entre 0.77 (correspondant à Vdc = 450V et Vbat = 440V) et 1.27(correspondant à Vdc=390V et Vbat=230V). Aussi, en référence à la figure 2, à faible puissance, la courbe de gain devient de plus en plus plate et pour un gain G= 0.77, la fréquence de commutation du convertisseur est soit très élevé (de l'ordre du MHz) ce qui conduit à des pertes relativement importantes dans le transformateur et les transistors de puissance, soit très faible ( REVENDICATIONS1. Dispositif de conversion continu-continu (1) pour un chargeur de batterie (26) d'accumulateurs électriques connecté à un réseau électrique, apte à fonctionner de manière bidirectionnelle, en recharge de la batterie (26) dans un sens direct et en décharge de la batterie (26) vers le réseau électrique dans un sens indirect, comprenant un convertisseur LLC résonant à pont complet (20), ledit convertisseur LLC résonant à pont complet (20) comprenant : - un pont complet de commutation (21) générant un signal carré ; - un circuit LLC (22), comprenant un condensateur (Cr) et deux inductances (Lr, Lm), excité par ledit signal carré ; - un transformateur (23) transmettant ledit signal issu du circuit LLC (22) ; - un redresseur (24) redressant le signal transmis par le transformateur (23) ; - un condensateur de sortie (25) filtrant le signal redressé ; caractérisé en ce que ledit convertisseur LLC résonant à pont complet (20) comprend en outre : - une branche parallèle (28) installée en parallèle du circuit LLC (22), entre ledit pont complet de commutation (21) et ledit circuit LLC (22), ladite branche parallèle (28) comprenant une inductance (Lx) et un interrupteur commandé (k). 2. Dispositif de conversion continu-continu (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande de l'interrupteur de la branche parallèle (28), lesdits moyens de commande étant adaptés pour fermer ledit interrupteur commandé (k) lorsque le dispositif de conversion fonctionne en mode inversé, et pour ouvrir ledit interrupteur lorsque le dispositif de conversion fonctionne en mode direct. 3. Dispositif de conversion continu-continu (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande de l'interrupteur de la branche parallèle (28), lesdits moyens de commande étant adaptés pour 10 fermer ou ouvrir ledit interrupteur commandé (k) lorsque le dispositif de conversion fonctionne en mode inversé en fonction du point de fonctionnement du dispositif de conversion, ledit interrupteur commandé étant laissé ouvert lorsque le dispositif de conversion fonctionne en mode direct. 4. Dispositif de conversion continu-continu (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'inductance (Lx) de la branche parallèle (28) est dimensionnée pour des puissances comprises entre 0.1 kW et 11kW. 5. Système de chargeur bidirectionnel de batterie (26) d'accumulateurs électriques, comprenant un étage redresseur correcteur du facteur de puissance monophasé ou polyphasé, et un dispositif de conversion continu-continu (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Véhicule automobile comprenant un système de chargeur bidirectionnel selon la revendication 5.