Brevet FR3112250A1 — publié le 20220107

Système d’alimentation électrique pour un véhicule électrique et véhicule électrique correspondant Un système d’alimentation électrique (4) pour un véhicule électrique (2) comporte un bus d’alimentation électrique (6) en tension continue, une première batterie (12) et une deuxième batterie (14). Chaque batterie est configurée pour délivrer une tension continue supérieure ou égale à 600 Volts. La première batterie et la deuxième batterie sont connectées en série pour alimenter directement le bus d’alimentation. Le point milieu entre les deux batteries est connecté directement à une masse électrique (GND) du système d’alimentation. Figure pour l'abrégé : Figure 1 Système d’alimentation électrique pour un véhicule électrique et véhicule électrique correspondant La présente invention concerne un système d’alimentation électrique pour un véhicule électrique et un véhicule électrique comportant un tel système d’alimentation électrique. Les véhicules électriques, et plus particulièrement les véhicules ferroviaires à traction électrique, peuvent comporter un système de stockage d’électricité, souvent constitué d’une ou de plusieurs batteries d’accumulateurs électrochimiques, et qui permet d’alimenter électriquement la chaîne de traction du véhicule lorsque ce dernier n’est pas approvisionné en électricité par une source extérieure, par exemple lorsque le véhicule circule dans une zone dépourvue de caténaire ou de rail d’alimentation. En pratique, il est souvent requis d’utiliser un convertisseur de puissance continu-continu, tel qu’un hacheur élévateur, pour élever la tension électrique délivrée par le système de stockage d’électricité, afin que cette tension atteigne l’amplitude requise par la chaîne de traction (par exemple, 750 Volts DC, ou plus). Un tel convertisseur de puissance est coûteux à construire et à installer et, dégrade la fiabilité du système. Aussi dans certaines applications, il peut être souhaitable de ne pas avoir à utiliser un tel convertisseur de puissance en sortie du système de stockage d’électricité. Il existe donc un besoin pour un système d’alimentation électrique pour un véhicule électrique qui remédie aux inconvénients précités. Ainsi, selon un aspect, l’invention concerne un système d’alimentation électrique pour un véhicule électrique, ce système comportant un bus d’alimentation électrique en tension continue, une première batterie et une deuxième batterie, chaque batterie étant configurée pour délivrer une tension continue supérieure ou égale à 350 Volts, de préférence à 600 Volts, la première batterie et la deuxième batterie étant connectées en série pour alimenter directement le bus d’alimentation, le point milieu entre les deux batteries étant connecté directement à une masse électrique du système d’alimentation. Grâce à l’invention, en connectant les batteries d’une telle manière au sein du système d’alimentation électrique, le bus d’alimentation peut être alimenté avec une tension électrique directement utilisable par l’onduleur de traction, sans qu’il ne soit nécessaire d’installer un convertisseur de puissance continu-continu, tel qu’un hacheur élévateur. Cela réduit ainsi le coût et la complexité du système d’alimentation électrique. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires, un tel système d’alimentation électrique peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement admissible : - La première batterie et la deuxième batterie sont des batteries d’accumulateurs électrochimiques. - La première batterie et la deuxième batterie sont chacune logées dans un bloc batterie respectif, chaque bloc batterie comportant un interrupteur pour connecter ou déconnecter la batterie contenue dans ledit bloc batterie. - Le système comprend un premier interrupteur connecté entre une borne positive de la première batterie et un premier conducteur du bus d’alimentation et avantageusement un deuxième interrupteur connecté entre une borne négative de la première batterie et le point milieu. - Une dérivation est installée en parallèle du premier interrupteur, ladite dérivation comportant un troisième interrupteur et une résistance, disposée en série avec le troisième interrupteur. - Le système comprend un quatrième interrupteur connecté entre une borne négative de la deuxième batterie et un deuxième conducteur du bus d’alimentation et avantageusement un cinquième interrupteur connecté entre une borne positive de la deuxième batterie et le point milieu. - Une dérivation est installée en parallèle du quatrième interrupteur, ladite dérivation comportant un sixième interrupteur et une résistance, disposée en série avec le sixième interrupteur. - Un fusible est connecté entre une borne négative de la première batterie et le point milieu et un autre fusible est connecté entre une borne positive de la deuxième batterie et le point milieu. - Le système comprend une première résistance connectée entre le point milieu et un premier conducteur du bus d’alimentation et une deuxième résistance connectée entre le point milieu et un deuxième conducteur du bus d’alimentation. Selon un autre aspect, l’invention concerne un véhicule électrique, comportant un système d’alimentation électrique tel que précédemment décrit, et un moteur électrique alimenté, de préférence via un onduleur, par le bus d’alimentation du système d’alimentation électrique. L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d’un mode de réalisation d’un système d’alimentation électrique donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence à l’unique dessin annexé, dans lequel : la représente schématiquement un véhicule électrique comportant un système d’alimentation électrique selon des modes de réalisation de l’invention. Sur la est représenté un véhicule électrique 2, tel qu’un véhicule ferroviaire à traction électrique, comportant un système d’alimentation électrique 4. Selon des exemples non limitatifs, le véhicule ferroviaire peut être un train de passagers, ou un train à grande vitesse, ou une locomotive, ou un véhicule de service tel qu’une draisine ou un locotracteur, ou un véhicule de transport urbain tel qu’un métro ou un tramway. En variante, le véhicule 2 peut être un véhicule électrique routier, tel qu’un autobus électrique. En variante, le véhicule 2 peut être un véhicule électrique routier, tel qu’un camion électrique. En variante, le véhicule 2 peut être un véhicule électrique, tel qu’un bateau électrique. En variante, le véhicule 2 peut être un véhicule électrique, tel qu’un aéronef électrique. Le véhicule 2 comporte une chaîne de traction électrique comprenant un ou plusieurs moteurs électriques configurés pour entraîner le véhicule en déplacement le long d’une voie. En variante, la chaîne de traction peut comporter une ou plusieurs charges électriques de nature différente. Le système 4 comporte un bus d’alimentation électrique 6 en tension continue, aussi nommé bus de traction 6, qui sert à alimenter électriquement la chaîne de traction du véhicule 2. Par exemple, un moteur électrique est alimenté via un onduleur alimenté par le bus d’alimentation 6 du système d’alimentation électrique 4. Le bus de traction 6 comporte deux conducteurs +HV et –HV, qui correspondent ici à des polarités positive et négative, respectivement, et entre lesquels une tension électrique continue est appliquée, par exemple une tension égale à 750 Volts DC, ou plus, de part et d’autre de la masse. Le système 4 comporte également un système de stockage d’électricité comportant un premier bloc batterie 8 et un deuxième bloc batterie 10. Le premier bloc batterie 8 comporte une première batterie 12 et le deuxième bloc batterie 10 comporte une deuxième batterie 14. Ainsi, la première batterie 12 et la deuxième batterie 14 sont chacune logées dans un bloc batterie respectif 8, 10. Chacune des batteries 12 et 14 est apte à stocker de l’énergie pour alimenter électriquement au moins en partie la chaîne de traction du véhicule 2 lorsque le véhicule 2 n’est pas alimenté par une source d’alimentation extérieure. C’est par exemple le cas d’un véhicule ferroviaire qui circule sur une portion de voie dépourvue de caténaire ou de rail d’alimentation. Par exemple, les batteries 12 et 14 peuvent comporter une batterie d’accumulateurs électrochimiques. En variante, les batteries 12 et 14 peuvent comporter un ensemble de condensateurs ou de super-condensateurs, ou toute technologie appropriée de stockage d’électricité rechargeable. Chaque batterie 12, 14 est configurée pour délivrer une tension continue supérieure ou égale à 350 Volts, de préférence à 600 Volts DC, de préférence sensiblement égale à 750 Volts. Les deux batteries étant ainsi avantageusement propres à délivrer une tension nominale de 1500V entre les deux conducteurs du bus d’alimentation. La première batterie 12 et la deuxième batterie 14 sont connectées électriquement en série pour alimenter directement le bus d’alimentation 6. Le point milieu 16 entre les deux batteries 12 et 14 est connecté directement à une masse électrique GND du système d’alimentation. Par « directement », on entend ici que les batteries 12 et 14 sont connectées au bus d’alimentation 6 sans passer par un convertisseur de puissance continu-continu, tel qu’un hacheur élévateur. En pratique, des résistances R1 et R2 d’impédance élevée, par exemple de résistance supérieure au kilo ohm, sont avantageusement connectées, respectivement, entre le point milieu 16 et les conducteurs +HV et –HV. En connectant les batteries d’une telle manière au sein du système d’alimentation 4, le bus d’alimentation 6 peut être alimenté avec une tension électrique sensiblement supérieure à la tension électrique fournie individuellement par les batteries 12 et 14, sans qu’il ne soit nécessaire d’installer au sein du système d’alimentation électrique 4, un convertisseur de puissance continu-continu, tel qu’un hacheur élévateur. Cela réduit ainsi le coût et la complexité du système d’alimentation électrique 4. De plus, en reliant le point milieu 16 à la masse GND, on garantit que la tension d’un élément du système ne puisse pas excéder la tension électrique aux bornes de l’un des blocs batterie 8 ou 10, ce qui diminue la contrainte diélectrique pour les batteries 12 et 14 et améliore la tenue diélectrique du système 4. De préférence, le point milieu 16 est connecté directement à la masse, par un conducteur de faible impédance. Pour chaque batterie 12 et 14, un fusible permet de les protéger contre l’éventualité d’un court-circuit. Dans l’exemple illustré, la borne positive de la première batterie 12 est connectée au conducteur +HV du bus d’alimentation 6. La borne négative de la deuxième batterie 14 est connectée au conducteur –HV du bus d’alimentation 6. La borne négative de la première batterie 12 et la borne positive de la deuxième batterie 14 sont connectées au point milieu 16. Avantageusement, chaque bloc batterie 8, 10 comporte au moins un interrupteur pour connecter ou déconnecter sélectivement la batterie 12, 14 contenue dans le bloc batterie 8 ou 10, par exemple à des fins de protection électrique. Par exemple, les interrupteurs sont des transistors de puissance, ou des appareils de commutation électrique, tels que des contacteurs, ou des appareils de protection électrique, tels que des disjoncteurs. Les interrupteurs peuvent être pilotés par un circuit électronique de commande, non illustré, appartenant au système 4 ou au véhicule 2. Le premier bloc batterie 8 comporte ici un premier interrupteur 20 connecté entre la borne positive de la première batterie 12 et le conducteur +HV du bus d’alimentation 6, et un deuxième interrupteur 22 connecté entre la borne négative de la première batterie 12 et le point milieu 16. Optionnellement, une dérivation 24 est installée en parallèle du premier interrupteur 20. Cette dérivation 24 comporte un troisième interrupteur 26 et une résistance 28, disposée en série avec le troisième interrupteur 26. Cette dérivation permet d’assurer la précharge du bus d’alimentation 6 avec le fonctionnement équivalent du deuxième bloc batterie 10 Le deuxième bloc batterie 10 comporte ici un quatrième interrupteur 30 connecté entre la borne négative de la deuxième batterie 14 et le conducteur -HV du bus d’alimentation 6, et un cinquième interrupteur 32 connecté entre la borne positive de la deuxième batterie 14 et le point milieu 16. Une dérivation 34 est installée en parallèle du quatrième interrupteur 30. Cette dérivation 34 comporte un sixième interrupteur 36 et une résistance 38, disposée en série avec le sixième interrupteur 36. Cette dérivation permet d’assurer la précharge du bus d’alimentation 6 avec le fonctionnement équivalent du premier bloc batterie 8. Cette fonction est transitoire et permet d’assurer la connexion des ensemble batteries 8 et 10 au bus d’alimentation 6. Avantageusement un fusible est connecté entre la borne négative de la première batterie 12 et le point milieu 16 et un autre fusible est connecté entre la borne positive de la deuxième batterie et le point milieu. Les fusibles permettent de protéger les batteries. Ces exemples ne sont pas limitatifs et, en variante, les interrupteurs peuvent être agencés différemment, voire être omis. Toute caractéristique de l’un des modes de réalisation ou variante décrite ci-dessus, peut être mise en œuvre dans les autres modes de réalisation et variantes décrits. Système d’alimentation électrique (4) pour un véhicule électrique (2), ce système comportant un bus d’alimentation électrique (6) en tension continue, une première batterie (12) et une deuxième batterie (14), chaque batterie (12, 14) étant configurée pour délivrer une tension continue supérieure ou égale à 350 Volts, de préférence à 600 Volts, la première batterie (12) et la deuxième batterie (14) étant connectées en série pour alimenter directement le bus d’alimentation (6), le point milieu (16) entre les deux batteries étant connecté directement à une masse électrique (GND) du système d’alimentation. Système selon la revendication 1, dans lequel la première batterie (12) et la deuxième batterie (14) sont des batteries d’accumulateurs électrochimiques. Système selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la première batterie (12) et la deuxième batterie (14) sont chacune logées dans un bloc batterie respectif (8, 10), chaque bloc batterie comportant un interrupteur (20, 22 ; 30, 32) pour connecter ou déconnecter la batterie (12, 14) contenue dans ledit bloc batterie. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système comprend un premier interrupteur (20) connecté entre une borne positive de la première batterie (12) et un premier conducteur (+HV) du bus d’alimentation (6) et avantageusement un deuxième interrupteur (22) connecté entre une borne négative de la première batterie (12) et le point milieu (16). Système selon la revendication 4, dans lequel une dérivation (24) est installée en parallèle du premier interrupteur, ladite dérivation (24) comportant un troisième interrupteur (26) et une résistance (28), disposée en série avec le troisième interrupteur (26). Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système comprend un quatrième interrupteur (30) connecté entre une borne négative de la deuxième batterie (14) et un deuxième conducteur (-HV) du bus d’alimentation (6) et avantageusement un cinquième interrupteur (32) connecté entre une borne positive de la deuxième batterie (14) et le point milieu (16). Système selon la revendication 6, dans lequel une dérivation (34) est installée en parallèle du quatrième interrupteur, ladite dérivation (34) comportant un sixième interrupteur (36) et une résistance (38), disposée en série avec le sixième interrupteur (36). Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un fusible est connecté entre une borne négative de la première batterie (12) et le point milieu (16) et un autre fusible est connecté entre une borne positive de la deuxième batterie et le point milieu. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système comprend une première résistance connectée entre le point milieu (16) et un premier conducteur du bus d’alimentation et une deuxième résistance connectée entre le point milieu et un deuxième conducteur du bus d’alimentation. Véhicule électrique (2), comportant un système d’alimentation électrique (4) conforme à l’une quelconque des revendications précédentes, et un moteur électrique alimenté, de préférence via un onduleur, par le bus d’alimentation du système d’alimentation électrique.