Brevet FR3111749A1 — publié le 20211224

La présente invention se rapporte à un système de charge combiné comporte une sortie d’un transformateur de distribution triphasé pouvant produire une tension de ligne de 1250 volts et un circuit redresseur-filtre à haute fréquence. La sortie est connectée au circuit redresseur-filtre; le circuit redresseur-filtre comporte un contrôleur de charge, et le contrôleur de charge est configuré pour contrôler le circuit redresseur-filtre. Grâce à la petite taille du système, ce dernier peut être installé sur un véhicule électrique, formant ainsi une borne de recharge rapide. L’invention propose un système simplifié, réduisant le coût et la consommation propre du système de charge. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Système de charge combiné pour véhicule électrique La présente invention se rapport à un système de charge rapide pour véhicules électriques, et en particulier à un système de charge combiné avec un transformateur pouvant produire une tension de 1250 volts. De nos jours, il est nécessaire d'utiliser des bornes de recharge à courant continu (CC) de forte puissance afin de répondre aux exigences de la charge rapide des batteries des véhicules électriques. La puissance d'une seule alimentation à découpage ne peut pas être suffisamment élevée en raison des performances des composants électroniques de l'alimentation à découpage unique. Les bornes de recharge à courant continu de forte puissance existant sont formées chacune par plusieurs alimentations à découpage connectées en parallèle, et chaque alimentation à découpage est alimentée par un transformateur produisant une tension de ligne triphasée d'une valeur nominale de 220 volts ou 380 volts. L'alimentation à découpage utilise un redresseur d'appoint pour se connecter en série avec une unité de commutation, et l'alimentation à découpage nécessite un transformateur haute fréquence, et un dispositif de contrôle distribue une puissance aux alimentations à découpage connectées en parallèle en fonction des besoins de chaque batterie à charger. La borne de recharge susmentionnée comporte un nombre considérable de composants électroniques, d’où le câblage est compliqué, présent une consommation propre importante donc un coût élevé. En outre, la borne de recharge permet simplement de démarrer et arrêter les sessions de charge en branchant et débranchant le câble de recharge, sans qu’un contrôle par exemple de la recharge en heures creuses ne soit fourni. L’invention propose un système de charge combiné (appelé également « en courant continu ») de petite taille et de grande capacité, ce dernier étant un système de charge simplifié et permettant de réduire le coût et la consommation propre d'énergie du système de charge des véhicules électriques. Le système de recharge peut être disposé de manière pratique sur un véhicule électrique pour former un dispositif de charge rapide compatible avec les véhicules électriques pour rendre la charge plus pratique. A cet effet, la présente invention concerne les aspects techniques suivants. Selon un aspect de l’invention, le système de charge combiné pour véhicule électrique, avec un transformateur pouvant produire une tension de 1250 volts, comprend une sortie d’un transformateur de distribution triphasé pouvant produire une tension de ligne de 1250 volts et un circuit redresseur-filtre à modulation de largeur d'impulsion (PWM, abréviation du terme anglais : Pulse Width Modulation) haute fréquence de type "buck". La sortie est connectée au circuit redresseur-filtre; le circuit redresseur-filtre comporte un contrôleur de charge, et le contrôleur de charge est configuré pour contrôler le circuit redresseur-filtre. Dans un mode de réalisation, le transformateur de distribution triphasé comprend un primaire du côté haute tension primaire et un secondaire du côté basse tension, le primaire est connecté à un réseau de distribution publique moyenne tension, et le secondaire est apte à produire la tension de ligne de 1250 volts. Dans un mode de réalisation, le circuit redresseur-filtre est disposé sur un véhicule électrique pour former un dispositif de charge rapide, le dispositif de charge rapide comprend une prise de charge sur le véhicule, et la sortie pouvant fournir la tension de ligne de 1250 volts est pourvue d’une fiche de charge, et la fiche de charge est apte à être connectée à la prise de charge pour charger le véhicule électrique. Dans un mode de réalisation, le circuit de filtre-redresseur comprend des condensateurs et des inductances, et les condensateurs et les inductances sont disposés près de la prise de charge. Dans un mode de réalisation, le contrôleur de charge comporte des moyens permettant de commander la charge en fonction des heures pleines et heures creuses d'un réseau électrique. Dans un mode de réalisation, le transformateur de distribution triphasé comprend un enroulement secondaire côté basse tension comportant au moins deux prises de charge en parallèle, et le système de charge est configuré pour alimenter de la puissance sur les au moins deux prises de charge en temps partagé et en partage de puissance selon une capacité du transformateur de distribution triphasé. Dans un mode de réalisation, l'enroulement secondaire comporte en outre au moins deux bornes de recharge, et le système de charge est configuré pour alimenter de la puissance sur les au moins deux bornes de recharge en temps partagé et en partage de puissance selon la capacité du transformateur de distribution triphasé. L’invention présente les effets avantageux suivants : 1) un système de charge combiné comporte une sortie d’un transformateur de distribution triphasé pouvant produire une tension de ligne de 1250 volts et un circuit redresseur-filtre à haute fréquence, évitant ainsi l'utilisation d'un transformateur haute fréquence à découpage et réduisant le nombre de composants électroniques ; 2) le circuit de filtre-redresseur prévoit une tension d'entrée élevée, ce qui réduit le courant d'une boucle d'un tube de commutation et d'une diode, et il y a un nombre limité de transistors connectés en série, ce qui réduit la consommation propre de puissance du système ; 3) la capacité d'un seul système peut être plus importante, et la capacité peut être étendue en connectant plusieurs circuits redresseurs en parallèle ; 4) grâce à la petite taille du système, ce dernier peut être installé sur un véhicule électrique, et il suffit de bracher une source de courant alternatif triphasé de 1250 volts pour fournir l'alimentation électrique ; 5) le système de l’invention présent un coût réduit, et peut être pourvu d’un dispositif de commande pour une charge en heures creuses du réseau électrique. La illustre un mode de réalisation d’un circuit d'un système de charge combiné de véhicule électrique avec un transformateur capable de produire une tension de 1250 volts; La illustre un autre mode de réalisation d’un circuit d'un système de charge combiné de véhicule électrique avec un transformateur capable de produire une tension de 1250 volts. Description détaillée d’exemples de réalisation de l’invention La présente invention sera décrite en détail en faisant référence aux dessins et aux modes de réalisation de l’invention. MODE DE REALISATION 1 En référence à la , un système de charge combiné pour véhicule électrique, avec un transformateur pouvant produire une tension de 1250 volts, comprend une sortie d’un transformateur 1 de distribution triphasé pouvant produire une tension de ligne de 1250 volts et un circuit redresseur-filtre à modulation de largeur d'impulsion (PWM) haute fréquence de type "buck" ; la sortie est connectée au circuit redresseur-filtre; le circuit redresseur-filtre comporte un contrôleur 4 de charge, et le contrôleur 4 de charge est configuré pour contrôler le circuit redresseur-filtre.. Le transformateur 1 de distribution triphasé comprend un primaire 11 du côté haute tension primaire et un secondaire 12 du côté basse tension, le primaire 11 est connecté à un réseau de distribution publique moyenne tension, et le secondaire 12 avec la tension de ligne de 1250 volts (la tension de phase est 722 volts), le point neutre est mis à la terre. Dans un mode de réalisation, le circuit redresseur-filtre est un redresseur-filtre PWM haute fréquence de type "buck". Le transformateur de distribution triphasé comprend le primaire de côté haute tension et le secondaire de côté basse tension, le primaire est connecté à un réseau de distribution publique moyenne tension, et le secondaire avec la tension de ligne de 1250 volts (la tension de phase est 722 volts), cette dernière tension alimente le redresseur-filtre PWM haute fréquence de type "buck". La tension de 1250 volts est sectionnée pour répondre : 1. les exigences relatives à la tension nominale d'une batterie ; 2. les exigences relatives à la régulation du facteur de puissance (PFC, abréviation du terme anglais : Power Factor Controller) d'un réseau électrique ; 3. les exigences relatives à la fluctuation de l'amplitude de la tension du réseau électrique, par exemple, la fluctuation de l'amplitude de l'exigence de qualité de la tension du réseau électrique national à moyenne tension est de 7% ; 4. les exigences relatives à une tension de fin de charge de la batterie supérieure à la tension nominale de la batterie, une chute de tension d'un transistor de boucle étant relativement faible dans toute une boucle de tension et n'étant pas prise en compte ici. La valeur de tension de 1250 volts est calculée comme suit : La valeur effective de la tension de phase produite par le transformateur de distribution triphasé est fixée à Uo, et la tension nominale de la batterie d'un véhicule électrique est fixée à U1. Afin de satisfaire aux exigences de la PFC, Uo doit être supérieur ou égal à u 0 ， D’où est un coefficient de conversion d'une valeur de tension maximale en une valeur de tension effective. Le terme ci-dessus est multiplié par 1,07 pour répondre aux exigences de fluctuation de 7 % de la tension du réseau. Comme le rapport entre la chute de tension du transistor de boucle et celle de la boucle de tension totale est faible, il ne sera pas pris en compte ici. Actuellement, la tension de la batterie du véhicule électrique est généralement inférieure à 750 volts, donc la tension de la batterie est calculée comme étant de 750 volts. Tension de ligne : u 0 = 113.49 volts, et une valeur de tension de 1135 volts est prise comme valeur de la tension de ligne. La tension de fin de charge de la batterie est environ 10 % plus élevée que la tension nominale de la batterie, et les tensions de fin de charge de certaines batteries de stockage sont supérieures de plus de 10 % à la tension nominale. Comme le courant de charge est faible à un stade ultérieur de la période de charge, les exigences du réseau électrique en matière d'harmoniques sont respectées, une valeur de 10 % est considérée ici. Par conséquent, la tension de ligne produite par le transformateur de distribution triphasé est supérieure ou égale à 1135× 1,1 = 1248,5 volts, et une valeur de 1250 volts est prise comme tension de ligne. Sur la base du calcul ci-dessus, lorsque la tension de ligne produite par le transformateur de distribution triphasé est de 1250 volts, le transformateur de distribution triphasé peut rapidement charger toutes les batteries avec une tension nominale inférieure ou égale à 750 volts. Le circuit 2 du filtre-redresseur PWM haute fréquence de type "buck " comprend un filtre de courant alternatif (CA), un pont redresseur et un circuit de filtrage courant continu (CC), une extrémité de sortie du circuit du filtre-redresseur PWM haute fréquence de type "buck" est configurée pour être connectée à une interface de charge. La commande du circuit redresseur-filtre PWM haute fréquence de type "buck" 2 est effectuée en fonction des exigences du facteur de puissance du réseau électrique et des stratégies de charge de la batterie, une boucle de protection correspondante est ajoutée et une fonction de redresseur PWM est complétée par une commande isolée. Les véhicules électriques sont chacun installés avec un système de détection de l'isolation du circuit de batterie, et il est suggéré que le système installé ne puisse pas détecter la mise à la terre du point neutre d'un enroulement secondaire côté basse tension du transformateur de distribution triphasé, et un groupe d'enroulements secondaires côté basse tension du transformateur de distribution triphasé peut être connecté à plusieurs bornes de recharge, réduisant ainsi l'investissement dans la construction de bornes. Dans ce mode de réalisation, le système de charge combiné du véhicule électrique comprend un circuit de commande d'isolation 3 et le contrôleur de chargement 4. Le contrôleur de charge 4 est configuré pour contrôler le circuit de filtre-redresseur PWM haute fréquence de type "buck" 2 par le biais du circuit d'isolation 3. De plus, un circuit de protection 5 est disposé entre la sortie délivrant la tension de ligne de 1250 volts du transformateur de distribution triphasé 1 et le circuit redresseur-filtre PWM haute fréquence de type "buck" 2, et est configuré pour protéger le circuit redresseur-filtre PWM haute fréquence de type "buck" 2. Le contrôleur de charge 4 comporte des moyens permettant de contrôler la charge en fonction des prix de l'électricité aux heures pleines et aux heures creuses d'un réseau électrique. Le véhicule peut être chargé lorsque le prix de l'électricité est moins cher en raison de la faible charge du réseau électrique, si le temps de stationnement du véhicule électrique permet. Le transformateur de distribution triphasé comprend un enroulement secondaire qui comporte au moins deux prises de charge en parallèle, et le système de charge est configuré pour alimenter de la puissance sur les au moins deux prises de charge en temps partagé et en partage de puissance selon une capacité du transformateur de distribution triphasé. Il n'est pas nécessaire de déplacer le véhicule électrique avant ou après la charge, la capacité du transformateur de distribution triphasé est économisée et le taux d'utilisation du transformateur de distribution triphasé est amélioré. Comme le montre la , les prises de charge telles que les connecteurs K4 et K7 sont illustrées. L'enroulement latéral secondaire basse tension comprend en outre au moins deux bornes de recharge, et le système de charge est configuré pour alimenter de la puissance sur les au moins deux bornes de recharge en temps partagé et en partage de puissance selon la capacité du transformateur de distribution triphasé. Il n'est pas nécessaire de déplacer le véhicule électrique avant ou après la charge, la capacité du transformateur de distribution triphasé est économisée et le taux d'utilisation du transformateur de distribution triphasé est amélioré. L'enroulement secondaire côté basse tension du transformateur de distribution triphasé est connecté au contrôleur de charge 4, qui contrôle chaque borne de recharge et chaque prise de courant de 1250 volts de l'enroulement secondaire côté basse tension. Le contrôleur de charge 4 a pour fonctions de protection contre les pannes, de mise en marche/arrêt, de contrôle de la répartition du temps, de contrôle de la répartition de la puissance, de prévention des surcharges du transformateur, de communication avec un système de répartition de la puissance et de communication avec les véhicules. Comme la vitesse de charge est rapide, lorsque le temps de stationnement du véhicule électrique le permet, le contrôleur de charge 4 peut contrôler la recharge du véhicule électrique pendant une période de faible charge du réseau électrique. Le système de charge combiné du véhicule électrique est configuré pour transmettre de l'énergie sur chaque prise ou borne de charge en temps partagé et en partage de puissance selon la capacité de l'enroulement secondaire à basse tension. Plusieurs sorties sont disposées pour l'enroulement secondaire à basse tension, et chaque sortie transmet séquentiellement la puissance, de sorte que le véhicule électrique n'a pas besoin d'être déplacé de la place de parking après la charge, et que la capacité du transformateur de distribution triphasé est économisée. En outre, le contrôleur de charge peut être commandé à l'aide d'un système de répartition du réseau électrique, de sorte qu'une charge de charge reçoive de l'électricité au moment où la charge du réseau électrique est faible, ce qui permet d'atteindre l'objectif d'équilibrage de la charge du réseau électrique. Le circuit de filtre-redresseur PWM haute fréquence de type "buck " 2, selon l’invention, est de petite taille et pratique à installer sur le véhicule électrique. Le circuit de filtre-redresseur PWM haute fréquence de type "buck" 2 peut être transformé en un dispositif de charge rapide, ce dernier pouvant être intégré au véhicule. Une fiche intelligente contrôlée de 1250 volts est prévue sur une place de parking, et une prise de charge sur le véhicule est prévue sur le véhicule électrique; la prise de charge peut être connecté la fiche pour alimenter le dispositif de charge sur le véhicule, comme le montre la . Le connecteur K4, le contrôleur de charge du véhicule sont configurés pour commander un interrupteur intelligent de liaison K1 à allumer/éteindre en communiquant avec un contrôleur de prise. Le dispositif de charge embarqué charge une batterie en fonction de besoins. Le processus de charge peut être réglé à une vitesse comprise entre une vitesse rapide et une vitesse modérée ou une vitesse selon une stratégie de charge, afin de prolonger la durée de vie de la batterie. Le contrôleur de charge contrôle l'alimentation en courant de la prise intelligente contrôlée à l'extérieur du véhicule par le biais d'un câble. De préférence, le circuit 2 du filtre-redresseur PWM haute fréquence de type "buck" comprend des condensateurs et des inductances, qui sont connectés près de la prise de charge pour réduire le nombre de composants embarqués. Dans la , les piézorésistances R1, R2, R3, les inductances L1, L2, L3, les condensateurs C1, C2, C3 sont placés près de la prise, et les composants embarqués sont placés derrière le pont redresseur. Le K5 de la est un connecteur à fiches (le K4 n'est pas montré). Il est important que le contrôleur de charge du véhicule ou le contrôleur de borne de recharge comprend un logiciel qui contrôle la recharge de véhicule en fonction des prix de l'électricité aux heures pleines et aux heures creuses, lorsque le temps de stationnement du véhicule électrique le permet, ceci permettant d'économiser le coût d’utilisation du véhicule et étant avantageux pour l'exploitation du réseau électrique. En se référant à la , la borne de recharge en courant continu comprend le contrôleur de borne de recharge 4 et le circuit redresseur-filtre PWM à haute fréquence de type "buck" 2. Le contrôleur de borne de recharge 4 possède une boucle de modulation et de protection, et un signal de sortie de la boucle de modulation et de protection est connectée, via la boucle de commande d'isolation, aux grilles de tubes de commutateur de redresseur V1, V2, V3, V4, V5 et V6 PWM haute fréquence de type "buck", pour contrôler la marche/arrêt des tubes de commutateur. Dans ce mode de réalisation, le secondaire côté basse tension 12 du transformateur de distribution triphasé est un enroulement secondaire triphasé dont une tension de ligne de 1250 volts, de multiples bornes de recharge DC sont prévues et le point neutre de l'enroulement secondaire est directement mis à la terre. Le courant de sortie et un facteur de puissance d'entrée du circuit redresseur sont contrôlés avec la modulation PWM, et le circuit de filtrage est configuré en sorte qu'une ondulation du courant réponde aux exigences de charge de la batterie du véhicule électrique. L'ensemble du dispositif de charge en courant continu charge la batterie du véhicule électrique par une sortie U2. Il peut également être étendu que, K4 et K7 de la sont des connecteurs à fiches parallèles pour atteindre l'objectif de recharge en temps partagé et en partage de puissance. MODE DE REALISATION 2 En se référant à la , la différence entre la réalisation et la est que le côté basse tension secondaire du transformateur de distribution triphasé 1 est pourvu de plusieurs enroulements secondaires basse tension triphasés, comportant les enroulements secondaires basse tension 12 et 13, et le nombre d'enroulements secondaires basse tension peut être augmenté selon les besoins et un point neutre de chaque enroulement n'est pas directement mis à la terre afin de répondre aux exigences d'isolation électrique de chaque borne de recharge. Le nombre de bornes de recharge en courant continu est le même que celui des enroulements secondaires côté basse tension. Chaque enroulement secondaire basse tension comporte une borne de recharge, et le point neutre de l'enroulement est mis à la terre via un nœud de relais (J sur la ), une piézorésistance (R4 sur la ) et une résistance de limitation (R sur la ) connectés en parallèle. La résistance de limitation a une grande valeur de résistance pour limiter une dérive potentielle d'un enroulement basse tension. Le nœud de relais est activé lorsqu'une borne de recharge fonctionne et désactivé lorsqu'elle ne fonctionne pas. La piézorésistance permet d’éviter la surtension du point neutre. Les autres aspects sont les mêmes que dans le premier mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation, l'enroulement secondaire basse tension 13 comprend en outre un contrôleur de charge 41, un circuit de commande d'isolation 31 et un circuit de contrôle de protection 51. Se référant à la , la référence 1 dans la représente un transformateur de distribution ; les références L1, L2 et L3 représentent des inductances de filtrage ; les références C1, C2 et C3 représentent des condensateurs de stockage d'énergie ; les références V1, V2, V3, V4, V5 et V6 représentent des tubes de commutation ; les références D1, D2, D3, D4, D5 et D6 représentent des diodes ; la référence D7 représente une diode de roue libre ; la référence L4 représente une inductance de stockage d'énergie ; la référence C4 représente un condensateur de filtrage ; la référence U2 représente une sortie d'une borne de recharge ; les références R1, R2 et R3 représentent des résistances de limitation de tension ; la référence 11 représente un enroulement haute tension de transformateur, la référence 12 représente un enroulement basse tension de transformateur ; les références K1 et K6 représentent des interrupteurs intelligents de liaison ; les références K4, K5 et K7 représentent des connecteurs. Se référant à la , les références L1, L2 et L3 représentent les inductances de filtre ; les références C1, C2 et C3 représentent les condensateurs de stockage d'énergie ; les références V1, V2, V3, V4, V5 et V6 représentent les tubes de commutation ; les références D1, D2, D3, D4, D5 et D6 représentent les diodes ; la référence D7 représente une diode de roue libre ; la référence L4 représente une inductance de stockage d'énergie ; la référence C4 représente un condensateur de filtrage ; la référence U2 représente une sortie de borne de recharge, et la référence U3 représente une sortie de borne de recharge ; les références R1, R2, R3 et R représentent des piézorésistances ; la référence R4 représente une résistance de limitation ; la référence J représente un nœud de relais ; la référence 1 représente un transformateur de distribution, dans lequel la référence 11 représente un enroulement haute tension, la référence 12 représente un enroulement basse tension et la référence 13 représente un enroulement basse tension ; la référence K1 représente un commutateur intelligent de liaison ; les référence K4, K5 et K7 représentent des connecteurs. La présente invention propose une borne de recharge de haute puissance en courant continu pour charger les véhicules électriques. La borne de recharge utilise un transformateur de distribution triphasé produisant une tension de ligne de 1250 volts, et la sortie du transformateur de distribution triphasé est connectée à un circuit de filtre-redresseur PWM haute fréquence de type "buck", et une sortie de circuit de filtre-redresseur PWM haute fréquence de type "buck-type" fournit l'énergie pour la batterie. Grâce à l’invention, la structure de la borne de recharge est simplifiée et la consommation d'énergie propre du dispositif est réduite. De plus, le dispositif de charge à filtre redresseur PWM haute fréquence de type "buck" est de petite taille, donc être installé sur un véhicule pour former un mode de charge rapide compatible avec les batteries de véhicule. Il suffit de prévoir un fil de prise d'alimentation triphasée avec une tension de ligne de 1250 volts pour que le véhicule puisse être chargé rapidement lorsqu'il est connecté à la source d’électricité. En raison du faible coût du dispositif, il est pratique d'installer le contrôleur de temps de charge qui contrôler la charge de la batterie du véhicule lorsque le prix de l'électricité est moins élevé en heures creuses, permettant de réduire le coût de charge et améliorer le fonctionnement du réseau électrique. La présente invention est illustrée avec le principe de fonctionnement et des modes de réalisation non limitatifs. Selon le concept de la présente invention, l'homme du métier pourra apporter certaines modifications pour la mise en œuvre spécifique sans que ceci sorte la portée de l’invention, notamment en ce qui concerne la tension de sortie du transformateur de distribution triphasé qui peut être une valeur d'environ 1250 volts. Par conséquent, la valeur de 1250 volts dans la présente description ne doit pas être comprise comme limitant l’invention.  Système de charge combiné pour véhicule électrique, avec un transformateur pouvant produire une tension de 1250 volts, comprenant : une sortie d’un transformateur de distribution triphasé (1) pouvant produire une tension de ligne de 1250 volts et un circuit redresseur-filtre (2) à modulation de largeur d'impulsion (PWM) haute fréquence de type "buck" ; dans lequel la sortie est connectée au circuit redresseur-filtre; le circuit redresseur-filtre comporte un contrôleur de charge (4), et le contrôleur de charge est configuré pour contrôler le circuit redresseur-filtre (2). Système de recharge selon la revendication 1, dans lequel le transformateur de distribution triphasé (1) comprend un primaire (11) du côté haute tension et un secondaire (12) du côté basse tension, le primaire (11) est connecté à un réseau de distribution publique moyenne tension, et le secondaire est apte à produire la tension de ligne de 1250 volts. Système de charge selon la revendication 1, dans lequel le circuit redresseur-filtre (2) est disposé sur un véhicule électrique pour former un dispositif de charge rapide. Système de charge selon la revendication 1, dans lequel le contrôleur de charge (4) comporte des moyens permettant de commander la charge en fonction des heures pleines et heures creuses d'un réseau électrique. Système de charge selon la revendication 1, dans lequel le transformateur de distribution triphasé (1) comprend un enroulement secondaire (12) côté basse tension comportant au moins deux prises de charge en parallèle, et le système de charge est configuré pour alimenter de la puissance sur les au moins deux prises de charge en temps partagé et en partage de puissance selon une capacité du transformateur de distribution triphasé.