Brevet FR3123515A1 — publié le 20221202

Procédé de commande d’un système d’alimentation électrique d’au moins une machine électrique de traction (M) d’un véhicule automobile électrique alimentée par au moins deux sources de puissance différentes (2a,2b,2c), le système d’alimentation électrique (1) étant connecté entre les sources de puissance (2a,2b,2c) et ladite au moins une machine électrique (M), et comprenant un convertisseur continu-continu (5a,5b,5c) pour chaque source de puissance (2a,2b,2c) connectés en parallèle à une même capacité haute tension (6) et à la au moins une machine électrique (M) associée à un onduleur, les convertisseurs continu-continu étant élévateurs de tension, l’un des convertisseurs continu-continu étant également abaisseur de tension, le procédé de commande comprenant les étapes suivantes : on détermine une consigne de tension du réseau haute tension du véhicule, on mesure la tension du réseau haute tension du véhicule et on détermine l’écart entre la consigne et la mesure de la tension du réseau haute tension. Figure pour l’abrégé : Fig 1 Système d’alimentation électrique d’au moins une machine électrique de traction d’un véhicule automobile alimentée par au moins deux sources de puissance. L’invention a pour domaine technique le contrôle des flux d’énergie électrique à bord d’un véhicule automobile. Techniques antérieures Les véhicules à propulsion électrique peuvent comprendre plusieurs sources d’énergie, notamment une batterie et une pile à combustible ou plusieurs batteries interchangeables. De fait, ces multiples sources d’énergie doivent fréquemment fonctionner en parallèle alors qu’elles fournissent une tension différente les unes des autres. Classiquement, on connecte la source la moins puissante via un convertisseur continu-continu (convertisseur DC/DC) de façon à s’adapter à la tension de la source la plus puissante, qui impose également la tension à la propulsion électrique (onduleur et moteur). Lorsqu’une pile à combustible est utilisée en tant que prolongateur d’autonomie d’un véhicule électrique à batteries, les puissances électriques de la pile à combustible et des batteries peuvent être proches et ces systèmes peuvent donc être utilisées indifféremment. Le prolongateur d’autonomie correspond à l’ajout d’une pile à combustible sur un véhicule électrique dont la taille de la batterie est optimisée (réduite). Dans ce cas d’architecture, le véhicule peut fonctionner uniquement sur la batterie pour de faibles temps de parcours ou grâce à la combinaison de la pile à combustible et de la batterie pour des longs trajets par exemple. Dans ce cas, le système pile à combustible et la batterie génèrent la puissance électrique nécessaire à l’avancement du véhicule. Par opposition, l’architecture classique d’un véhicule à pile à combustible (type Hyundai Nexo par exemple) comprend une batterie connectée en parallèle à la pile à combustible par un convertisseur DC/DC. La chaine de traction est alimentée avec la tension de la pile à combustible et subit ses variations. Cette configuration comporte plusieurs inconvénients : - La chaine de traction électrique subit les variations de tension de la source la plus puissante ce qui a un effet sur le rendement et la puissance maximale de la chaine de traction. Le rendement est dépendant de la tension d’alimentation. Un pilotage dynamique de la tension d’alimentation permettrait de réduire les pertes globales sur un cycle de roulage et de fait limiter l’échauffement de la chaine de traction. Ce gain de rendement permet notamment, lors de cycles de roulage où la puissance moyenne est élevée, de retarder le moment où la chaine de traction limite sa puissance pour contenir son échauffement. On améliore ainsi la valeur client de la chaine de traction. La puissance maximale de la chaine de traction est dépendante de la tension d’alimentation. De fait, dans les cas où cette tension est faible, la puissance accessible par la chaine de traction est dégradée. D’autre part, pour limiter l’occurrence d’apparition de ce déclassement de puissance, le dimensionnement de la machine de traction est réalisé pour fournir la pleine puissance à une tension assez basse dans la gamme (par exemple, on dimensionne la chaine de traction pour fournir la pleine puissance à 330 V lorsqu’elle est alimentée par une batterie variant de 240 V à 410 V). Ce compromis de dimensionnement se fait au détriment de l’onduleur en augmentant le courant de phase et donc le coût de l’onduleur. - En cas de besoin de recharger la batterie, un chargeur adapté à la tension de la batterie est nécessaire (sans déclassement de prestations). Si plusieurs batteries de tensions ou chimie différentes coexistent, plusieurs chargeurs sont nécessaires (ou à minima plusieurs convertisseurs DC/DC alimentés par un unique redresseur). De l’état de la technique antérieure, on connait les documents suivants. Le document WO2016/079603 présente un convertisseur DC/DC multi phases avec une phase en topologie abaisseur-élévateur et les deux autres en topologie élévateur. Un contact mécanique sépare les phases uniquement élévateur du circuit lorsque la tension d’entrée est supérieure à celle de la sortie de façon à assurer un transfert d’énergie à puissance réduite. Il n’est pas précisé la possibilité de connecter en parallèle plusieurs sources. De même la possibilité de charge, ou apport d’énergie par un réseau alternatif n’est pas documentée. Le document US4415959 décrit une fonction DC/DC sans pertes par commutation des transistors en utilisant un transfert d’énergie entre une inductance et une capacité. Cette solution requiert une boucle de régulation entre primaire et secondaire pour fonctionner. Le document FR3100941 décrit un dispositif stationnaire dédié à la recharge des véhicules qui comprend plusieurs sources d’énergie (photovoltaïque, batterie stationnaire et réseau domestique via un étage de redressement) pouvant être ou non simultanément disponibles. Ce document présente le pilotage d’un bus continu alimenté par plusieurs sources distinctes ainsi qu’un système de recharge par couplage inductif. L’invention a pour objet un procédé de commande d’un système d’alimentation électrique d’au moins une machine électrique de traction d’un véhicule automobile électrique alimentée par au moins deux sources de puissance différentes, le système d’alimentation électrique étant connecté entre les sources de puissance et ladite au moins une machine électrique, le système d’alimentation électrique comprenant un convertisseur continu-continu pour chaque source de puissance, les convertisseurs continu-continu étant connectés en parallèle à une même capacité haute tension et à la au moins une machine électrique associée à un onduleur, les convertisseurs continu-continu étant élévateurs de tension, l’un des convertisseurs continu-continu étant également abaisseur de tension, le procédé de commande comprenant les étapes suivantes : on détermine une consigne de tension du réseau haute tension du véhicule, on mesure la tension du réseau haute tension du véhicule et on détermine l’écart entre la consigne et la mesure de la tension du réseau haute tension, on détermine une puissance globale à transférer au réseau haute tension par un contrôle comprenant au moins une composante intégrale fonction de l’écart déterminé, on détermine une consigne de puissance à fournir pour chaque source en fonction de la puissance globale à transférer au réseau haute tension, de la capacité de chaque source et d’une pondération dépendant d’une optimisation selon un critère prédéterminé, puis , on commande les convertisseurs continu-continu en fonction de la consigne de puissance qui leur est attribuée. Le critère peut être le rendement global ou la durabilité des sources. On peut commander le convertisseur continu-continu d’une source de puissance en régulation de tension, le convertisseur continu-continu des autres sources de puissance étant commandées en régulation de puissance. Lorsque le système de charge comprend un chargeur résonant et dans lequel au moins une source de puissance est une batterie, le procédé de commande peut comprendre une étape de recharge de la au moins une batterie par l’intermédiaire d’un convertisseur continu-continu et du chargeur résonant connecté à un réseau d’alimentation électrique. Lorsque le chargeur résonant comprend une structure symétrique, le procédé de commande peut comprendre une étape de pilotage du chargeur résonant permettant d’injecter une puissance électrique dans un réseau d’alimentation électrique ou une charge, connectés au chargeur résonant à partir d’au moins une source de puissance du véhicule. On peut réaliser une compensation de puissance en pilotant un convertisseur continu-continu relié en parallèle d’une capacité connectée en parallèle de la sortie d’un correcteur de facteur de puissance du chargeur résonant. On peut commander le chargeur résonant avec commutation sans pertes et déphasage nul. 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 : La illustre les principaux éléments d’un système d’alimentation électrique, La illustre les principaux éléments d’un convertisseur continu-continu d’un système d’alimentation électrique, La illustre les principaux éléments d’un système d’alimentation électrique selon un autre mode de réalisation, La illustre les principales étapes d’un procédé de commande d’un système d’alimentation électrique, La illustre les principaux éléments d’un chargeur résonant d’un système d’alimentation électrique, La illustre les principaux éléments d’un chargeur résonant muni d’une compensation de puissance instantanée, et La illustre les principaux éléments d’un chargeur résonant bidirectionnel d’un système d’alimentation électrique, Procédé de commande d’un système d’alimentation électrique d’au moins une machine électrique de traction (M) d’un véhicule automobile électrique alimentée par au moins deux sources de puissance différentes (2a,2b,2c), le système d’alimentation électrique (1) étant connecté entre les sources de puissance (2a,2b,2c) et ladite au moins une machine électrique (M), le système d’alimentation électrique (1) comprenant un convertisseur continu-continu (5a,5b,5c) pour chaque source de puissance (2a,2b,2c), les convertisseurs continu-continu (5a,5b,5c) étant connectés en parallèle à une même capacité haute tension (6) et à la au moins une machine électrique (M) associée à un onduleur, les convertisseurs continu-continu étant élévateurs de tension, l’un des convertisseurs continu-continu étant également abaisseur de tension, le procédé de commande comprenant les étapes suivantes : on détermine une consigne de tension du réseau haute tension du véhicule, on mesure la tension du réseau haute tension du véhicule et on détermine l’écart entre la consigne et la mesure de la tension du réseau haute tension, on détermine une puissance globale à transférer au réseau haute tension par un contrôle comprenant au moins une composante intégrale fonction de l’écart déterminé, on détermine une consigne de puissance à fournir pour chaque source en fonction de la puissance globale à transférer au réseau haute tension, de la capacité de chaque source et d’une pondération dépendant d’une optimisation selon un critère prédéterminé, puis , on commande les convertisseurs continu-continu en fonction de la consigne de puissance qui leur est attribuée. Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel le critère est le rendement global ou la durabilité des sources. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on commande le convertisseur continu-continu d’une source de puissance en régulation de tension, le convertisseur continu-continu des autres sources de puissance étant commandées en régulation de puissance. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications précédentes, le système de charge comprenant un chargeur résonant et dans lequel au moins une source de puissance est une batterie, le procédé de commande comprenant une étape de recharge de la au moins une batterie par l’intermédiaire d’un convertisseur continu-continu et du chargeur résonant connecté à un réseau d’alimentation électrique. Procédé de commande selon la revendication 4, dans lequel le chargeur résonant comprend une structure symétrique, le procédé de commande comprenant une étape de pilotage du chargeur résonant permettant d’injecter une puissance électrique dans un réseau d’alimentation électrique ou une charge, connectés au chargeur résonant à partir d’au moins une source de puissance du véhicule. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel on réalise une compensation de puissance en pilotant un convertisseur continu-continu relié en parallèle d’une capacité (Cpfc) connectée en parallèle de la sortie d’un correcteur de facteur de puissance du chargeur résonant. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel on commande le chargeur résonant avec commutation sans pertes et déphasage nul.