Brevet FR3146554A1 — publié le 20240913

Système d’alimentation électrique de consommateurs d’un véhicule électrique ou hybride et procédé de gestion de l’alimentation d’un véhicule La présente invention concerne un système d’alimentation électrique (1) de consommateurs d’un véhicule électrique ou hybride, comportant : - une batterie de traction (8) apte à fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement d’un groupe motopropulseur électrique du véhicule, - des interrupteurs de puissance (14, 16, 18) aptes à connecter la batterie de traction (8) au groupe motopropulseur électrique, - une batterie de servitude (6), connectée à un réseau de bord (4) du véhicule, - un convertisseur courant continu - courant continu (2) apte à recharger la batterie de servitude (6) et connecté en entrée à la batterie de traction (8) et en sortie au réseau de bord (4) du véhicule, le convertisseur courant continu - courant continu (2) étant connecté en amont des interrupteurs de puissance (14, 16, 18). (Figure 1) Système d’alimentation électrique de consommateurs d’un véhicule électrique ou hybride et procédé de gestion de l’alimentation d’un véhicule La présente invention se rapporte aux domaines de l’électricité et de l’industrie automobile, et concerne plus précisément un système d’alimentation électrique dans un véhicule électrique ou hybride, destiné à alimenter les équipements du véhicule. Les véhicules électriques ou hybrides sont très souvent équipés d’une batterie au lithium-ion ou de technologie équivalente, apte à fournir l’énergie nécessaire à un moteur électrique permettant la traction ou la propulsion du véhicule, en coopération éventuelle avec un moteur thermique. Une telle batterie est dite haute tension car la tension maximale à vide à ses bornes est généralement bien supérieure à celle des batteries de servitude, usuellement de l’ordre de 12V. Néanmoins certaines batteries de servitude délivrent une tension de l’ordre de 48V, cette valeur pouvant être également la tension maximale à vide de certaines batteries « haute tension ». Dans un véhicule électrique ou hybride, la batterie de servitude, souvent au plomb, est utilisée pour alimenter un réseau de bord du véhicule sur lequel sont branchés les calculateurs du véhicule ainsi que des consommateurs basse tension tels que des actionneurs d’essuie-glace, des capteurs ou de petites résistances chauffantes. La batterie de servitude étant généralement plus stable que la batterie haute tension, elle garantit de plus l’alimentation de dispositifs sécuritaires du véhicule tels que des systèmes de freinage et de direction, tandis que la batterie haute tension, qui se décharge plus rapidement, est destinée à alimenter le moteur électrique du véhicule, et éventuellement d’autres équipements haute tension tels qu’un compresseur de climatisation. La batterie de servitude n’a besoin d’être changée que tous les trois à quatre ans, et est donc utilisée pour alimenter a minima des consommateurs du véhicule pendant de longues périodes d’inutilisation de celui-ci, c’est-à-dire lorsque le véhicule est à l’arrêt et éteint. On dit alors qu’il est « endormi » car en réalité pendant ces périodes d’inutilisation, les calculateurs du véhicule ont des consommateurs restant activés pour surveiller l’environnement du véhicule, tels qu’une alarme, un module de communication d’un calculateur pour recevoir des signaux radio provenant d’une clef de contact, ou encore des messages en provenance d’un serveur distant via un réseau de communication sans fil, demandant par exemple l’envoi de données de maintenance ou la mise à jour des logiciels. Cette consommation des véhicules en période d’inutilisation est de plus amenée à croître avec le temps, du fait notamment de l’entrée des véhicules dans l’internet des objets. De ce fait la batterie de servitude a tendance à se décharger plus vite qu’auparavant et pour pallier ce problème, les constructeurs surdimensionnent les batteries de servitude ou les rechargent régulièrement à partir de l’énergie stockée dans la batterie haute tension, ce qui nécessite un réveil au moins partiel du véhicule. La première solution ajoute de la masse et de l’encombrement dans le compartiment moteur du véhicule, ce qui n’est pas souhaitable. La deuxième solution nécessite une consommation supplémentaire d’énergie du fait du réveil du véhicule et des procédures de vérification du réseau haute tension avant de connecter un convertisseur courant continu – courant continu à la batterie haute tension, le convertisseur permettant la recharge de la batterie de servitude. La présente invention vise à remédier au moins en partie aux inconvénients de la technique en fournissant un système d’alimentation électrique de consommateurs d’un véhicule électrique ou hybride, un véhicule équipé d’un tel système et un procédé de gestion de l’alimentation du réseau de bord d’un tel véhicule, qui permettent de diminuer la consommation d’énergie nécessaire à la recharge d’une batterie de servitude du véhicule par une batterie haute tension du véhicule, lors des longues périodes d’inutilisation du véhicule. A cette fin, l’invention propose un système d’alimentation électrique de consommateurs d’un véhicule électrique ou hybride, comportant : - un bloc batterie comportant une batterie de traction apte à fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement d’un groupe motopropulseur électrique du véhicule, - des interrupteurs de puissance aptes à connecter la batterie de traction à des bus de puissance s’étendant à l’extérieur du bloc batterie, - une batterie de servitude, connectée à un réseau de bord du véhicule, - un convertisseur courant continu - courant continu apte à recharger la batterie de servitude, le convertisseur courant continu - courant continu étant connecté en entrée à la batterie de traction et en sortie au réseau de bord du véhicule, le système d’alimentation électrique étant caractérisé en ce que le convertisseur courant continu - courant continu est connecté en parallèle à la batterie de traction en des points de connexion situés entre la batterie de traction et les interrupteurs de puissance. Il est à noter que dans cette demande, la batterie de traction s’entend comme une batterie d’accumulateurs électriques alimentant un onduleur et un moteur électrique lors du roulage du véhicule, à la différence de la batterie de servitude du véhicule alimentant le réseau de bord du véhicule auquel sont connectés différents consommateurs dont un calculateur principal du véhicule. La batterie de traction peut donc aussi être entendue comme une batterie de propulsion en fonction du moteur électrique utilisé, celui-ci étant un moteur électrique permettant la traction ou la propulsion du véhicule, éventuellement en coopération avec un autre type de moteur si le véhicule est hybride, compris dans le sens d’« hybride électrique » dans cette demande. De plus il est à noter que les termes « amont » ou « aval » dans cette demande se réfèrent à la position relative de composants ou ensembles électriques par rapport à la direction du courant sortant de la batterie et se dirigeant vers les consommateurs du véhicule. Ainsi un premier composant est en amont d’un deuxième composant si le courant sortant de la batterie traverse d’abord le premier composant puis le deuxième composant avant de revenir vers la batterie de traction. Grâce à l’invention, le convertisseur courant continu - courant continu étant connecté en amont des interrupteurs de puissance, le convertisseur courant continu - courant continu peut recharger la batterie de servitude sans nécessiter que les interrupteurs de puissance soient fermés. Cela économise de l’énergie, qui serait dépensée sinon avant la fermeture de ces interrupteurs, pour vérifier que des conditions de sécurité du réseau haute tension sont respectées, ces conditions pouvant être l’absence d’accès par un utilisateur au réseau haute tension, correspondant par exemple à la fermeture d’une trappe de charge haute tension, ou encore l’isolation électrique de la batterie de traction par rapport à un châssis du véhicule. Selon une caractéristique préférée de l’invention, le bloc batterie comporte un boîtier logeant la batterie de traction, le convertisseur courant continu – courant continu et les interrupteurs de puissance. L’intégration du convertisseur courant continu – courant continu et des interrupteurs de puissance dans le bloc batterie les isole électriquement du châssis et les protège des chocs. Elle participe donc à la sécurisation électrique du système d’alimentation électrique selon l’invention, et évite des dépenses d’énergie nécessaires sans cette sécurisation, avant d’autoriser le fonctionnement du convertisseur courant continu – courant continu ou la fermeture des interrupteurs. Dans un mode de réalisation de l’invention, une première sortie du convertisseur courant continu - courant continu est connectée à un bus d’alimentation du réseau de bord, et une deuxième sortie du convertisseur courant continu - courant continu est connectée à une masse du véhicule. Le système d’alimentation électrique selon l’invention comporte de plus un dispositif d’électronique de commande du convertisseur courant continu – courant continu, intégré au bloc batterie et dont une entrée d’alimentation est connectée à la première sortie du convertisseur courant continu – courant continu, dans le bloc batterie. Ainsi le dispositif d’électronique de commande et son alimentation sont sécurisés. Notamment en cas de crash, le réseau de bord peut continuer à être alimenté par la batterie de traction dès lors que le bloc batterie n’est pas trop abîmé. Avantageusement, le système d’alimentation électrique selon l’invention comporte un module de gestion de la batterie de traction, intégré dans le bloc batterie. Ce module de gestion surveille notamment l’état des cellules de la batterie de traction et peut ouvrir les interrupteurs de puissance ou désactiver le convertisseur courant continu – courant continu en cas de défaut de la batterie de traction. Dans un mode de réalisation de l’invention, les interrupteurs de puissance comprennent un interrupteur de puissance positif, un interrupteur de puissance négatif, et un système de précharge connecté en parallèle de l’interrupteur de puissance positif, le système de précharge comportant une résistance de précharge et un interrupteur de précharge. Le système de précharge permet d’éviter la formation d’un appel de courant trop important lors du branchement de la batterie de traction à un chargeur de batterie ou à une borne de charge comportant des inductances ou des capacités d’entrée. Alternativement, si les interrupteurs sont réalisés par des transistors et non des relais, le système de précharge n’est pas nécessaire. Par ailleurs, les interrupteurs de puissance positif et négatif sont préférentiellement chacun équipés d’un dispositif fusible connecté entre la batterie de traction et l’interrupteur de puissance positif ou négatif. Le système d’alimentation électrique selon l’invention comporte avantageusement un dispositif de supervision du véhicule électrique ou hybride, connecté au réseau de bord et comportant des moyens de vérification de conditions de sécurité d’un réseau haute tension du véhicule, aptes à activer des moyens de fermeture des interrupteurs de puissance. Ainsi le système d’alimentation électrique selon l’invention gère à la fois l’alimentation du réseau de bord et l’alimentation du réseau haute tension. Le système d’alimentation électrique selon l’invention peut par ailleurs comporter le réseau de bord du véhicule, ou bien d’une part la connexion entre la batterie de servitude et le réseau de bord et d’autre part la connexion entre le convertisseur courant continu – courant continu et le réseau de bord. L’invention concerne encore un procédé de gestion de l’alimentation du réseau de bord d’un véhicule équipé d’un système d’alimentation électrique selon l’invention, comportant une étape d’alimentation du réseau de bord par la batterie de servitude et par le convertisseur courant continu -courant continu, les interrupteurs de puissance étant ouverts. Cette étape d’alimentation est suivie des étapes suivantes lorsque le réseau haute tension a besoin d’être alimenté : - détection d’une demande d’activation d’un équipement haute tension du véhicule, - vérification de conditions sécuritaires liées au réseau haute tension du véhicule, et - fermeture des interrupteurs de puissance suite à l’étape de détection. L’invention concerne enfin un véhicule électrique ou hybride équipé d’un système d’alimentation électrique selon l’invention. Le véhicule électrique selon l’invention et le procédé de gestion selon l’invention présentent des avantages analogues à ceux du système d’alimentation électrique selon l’invention. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels : représente schématiquement un système d’alimentation électrique selon l’invention, dans un mode de réalisation selon l’invention, et représente des étapes d’un procédé de gestion de l’alimentation d’un réseau de bord d’un véhicule équipé du système d’alimentation électrique de la , dans ce mode de réalisation de l’invention. Dans un mode de réalisation de l’invention, un système d’alimentation électrique 1, représenté et équipant un véhicule électrique ou hybride, comporte une batterie 8 d’accumulateurs électriques, par exemple une batterie de traction Lithium-ion. La batterie de traction 8 est connectée en parallèle en entrée d’un convertisseur courant continu – courant continu 2 apte à convertir la tension aux bornes de la batterie de traction 8, de l’ordre de 200 à 800V (Volts), en une tension de l’ordre de 14V en sortie du convertisseur courant continu – courant continu 2. Une première borne de sortie du convertisseur courant continu – courant continu 2 est reliée à une borne de sortie positive d’une batterie de servitude 6 alimentant un réseau de bord 4 du véhicule, par l’intermédiaire d’un boîtier fusible 7 auquel sont connectés des consommateurs basse tension du véhicule, tels que des dispositifs d’éclairage, des calculateurs, des actionneurs de lève-vitre, etc. La batterie de servitude 6 présente, dans ce mode de réalisation de l’invention, une tension maximale à vide de 14V. En variante la batterie de servitude et la sortie du convertisseur courant continu – courant continu ont des tensions de sortie différentes, par exemple de l’ordre de 12V ou encore de 48V. Une deuxième borne de sortie du convertisseur courant continu – courant continu 2 est reliée à une masse du véhicule. La borne de sortie négative de la batterie de servitude est également reliée à la masse du véhicule par un autre point de connexion que celui de la deuxième borne de sortie du convertisseur courant continu – courant continu 2. Un dispositif d’électronique de commande 20 du convertisseur courant continu – courant continu 2 commande le fonctionnement de celui-ci. Notamment, dès que la tension du réseau de bord 4 descend en dessous d’une tension de régulation prédéterminée du convertisseur courant continu – courant continu 2, par exemple fixée à 13V, alors le dispositif d’électronique de commande 20 fait fonctionner le convertisseur courant continu – courant continu 2 qui recharge alors la batterie de servitude 6 tout en participant à l’alimentation du réseau de bord 4. Le dispositif d’électronique de commande 20, qui est par exemple un microcontrôleur, est alimenté par le réseau de bord 4 au niveau de la sortie du convertisseur courant continu – courant continu 2, à l’intérieur d’un bloc batterie 3 intégrant la batterie de traction 8, le convertisseur courant continu – courant continu 2 et le dispositif d’électronique de commande 20. Le bloc batterie 3 du système d’alimentation électrique 1 est un boîtier résistant aux crashs et isolant électriquement ses composants internes présentant de la haute tension, du reste du véhicule, sauf bien sûr au niveau des sorties haute tension du bloc batterie 3, qui sont d’une part une borne de connexion haute tension positive 12 et d’autre part une borne de connexion haute tension négative 22. Le bloc batterie 3 comporte également une sortie basse tension reliée d’une part à la première borne de sortie du convertisseur courant continu – courant continu 2 et d’autre part au réseau de bord 4. Le bloc batterie 3 comporte aussi une connexion à la masse du véhicule pour y relier la deuxième borne de sortie du convertisseur courant continu – courant continu 2. La « haute tension » concerne ici les composants fonctionnant à plus de 200V c’est-à-dire la batterie de traction 8 et les consommateurs directement alimentés par celle-ci, tandis que la « basse tension » concerne le réseau de bord 14V et ses consommateurs. Le bloc batterie 3 comporte également une sortie 52 de bus CAN (d’après l’anglais « Controller Area Network ») permettant de connecter le dispositif d’électronique de commande 20 à un dispositif de supervision 5 du véhicule, qui est par exemple le calculateur principal du véhicule. Le dispositif de supervision 5 du véhicule peut ainsi activer ou désactiver le dispositif d’électronique de commande 20 et le convertisseur courant continu – courant continu 2 en phase de réveil ou respectivement en phase d’endormissement du véhicule. Le bloc batterie 3 intègre également des interrupteurs de puissance 14, 16, 18 aptes à connecter la batterie de traction 8 aux bornes de connexion haute tension 12, 22, en aval du convertisseur courant continu – courant continu 2. Les interrupteurs de puissance 14, 16, 18 sont donc aptes à connecter la batterie de traction 8 aux composants haute tension du véhicule, tels que le groupe motopropulseur électrique du véhicule. Plus précisément, dans le bloc batterie 3, un premier point de connexion commun à la batterie de traction 8 et au convertisseur courant continu – courant continu 2 est relié à une extrémité d’un premier fusible 15, dont l’autre extrémité est reliée à une première borne d’un interrupteur de puissance positif 14, la deuxième borne de l’interrupteur de puissance positif 14 étant reliée à la borne de connexion haute tension positive 12 de sortie du bloc batterie 3. L’autre extrémité du premier fusible 15 est également reliée à un système de précharge connecté en parallèle à l’interrupteur de puissance positif 14, ce système de précharge comportant en série une résistance de précharge 19 et un interrupteur de précharge 18. De même dans le bloc batterie 3, un deuxième point de connexion commun à la batterie de traction 8 et au convertisseur courant continu – courant continu 2 est relié à une extrémité d’un deuxième fusible 17, ici un pyrocommutateur, dont l’autre extrémité est reliée à une première borne d’un interrupteur de puissance négatif 16, la deuxième borne de l’interrupteur de puissance négatif 16 étant reliée à la borne de connexion haute tension négative 22 de sortie du bloc batterie 3. Enfin le bloc batterie 3 intègre également un module de gestion 32 de la batterie de traction 8, surveillant notamment la température et la tension des cellules de la batterie de traction 8, et apte à ouvrir les interrupteurs de puissance 14, 16, 18 en cas de défaut. Le module de gestion 32 est matériel et logiciel, pouvant notamment comporter des capteurs de température et/ou un ou plusieurs circuits électroniques pré-programmés. Le module de gestion 32 est connecté par la sortie 52 de bus CAN au dispositif de supervision 5 du véhicule. On décrit maintenant en référence à la , un procédé de gestion 100 de l’alimentation du réseau de bord 4 du véhicule. Le procédé de gestion 100 est mis en œuvre notamment par le dispositif de supervision 5 du véhicule, et le dispositif d’électronique de commande 20. Une première étape 110 est l’alimentation du réseau de bord 4 par la batterie de servitude 6 et par le convertisseur courant continu - courant continu 2, les interrupteurs de puissance 14, 16, 18 étant ouverts. Autrement dit dans cette première étape 110, on se place dans une situation initiale de recharge de la batterie de servitude 6, sans que le réseau haute tension du véhicule soit alimenté par la batterie de traction 8. Cette étape a par exemple lieu dans une phase de stationnement du véhicule, lors duquel celui-ci est « réveillé », le dispositif de supervision 5 du véhicule permettant une « vie à bord » ne nécessitant pas de consommation électrique importante. Notamment lors de cette étape d’alimentation 110, peuvent fonctionner un autoradio, une caméra de bord du véhicule, le véhicule pouvant transmettre des données, mettre à jour des logiciels ou vérifier l’état de la batterie de traction 8, sans que des microcontrôleurs liés à la haute tension, tels que ceux de l’onduleur, du chargeur ou du compresseur de climatisation, soient alimentés. Cette étape d’alimentation 110 peut avoir lieu même lorsque le réseau haute tension présente un défaut empêchant son utilisation (par exemple un interrupteur de puissance bloqué en ouverture), ce qui permet à la batterie de servitude 6 de ne pas se décharger trop vite avant la réparation du véhicule. De même lors d’un accident impactant le véhicule, le réseau haute tension doit être coupé, mais grâce à l’invention, l’étape d’alimentation 110 permet au réseau de bord 4 de fonctionner plus longtemps et par exemple d’émettre un appel d’urgence ou de laisser des dispositifs d’éclairage allumés même lorsque la batterie de servitude 6 est coupée du réseau de bord 4. Une deuxième étape 120 est une étape de détection d’une demande d’activation d’un équipement haute tension du véhicule. Cette étape de détection 120 a lieu par exemple lorsqu’un utilisateur branche un câble de charge électrique au véhicule, ou lors d’une demande de couple à la roue, ou encore lors d’une demande de préchauffage de l’habitable. L’étape suivante 130 est alors la vérification de conditions sécuritaires liées au réseau haute tension du véhicule, telle que l’absence de défaut des interrupteurs de puissance, la vérification de la qualité d’une prise de terre à laquelle est branchée le véhicule, etc. On suppose, dans cet exemple d’utilisation de l’invention, que ces conditions sécuritaires sont remplies. L’étape suivante 140 est ensuite la fermeture de l’interrupteur de précharge 18 et de l’interrupteur de puissance négatif 16, puis la fermeture de l’interrupteur de puissance positif 14 et l’ouverture de l’interrupteur de précharge 18. L’étape suivante 150 est l’alimentation de l’équipement haute tension du véhicule. Enfin, une fois que le réseau haute tension du véhicule n’est plus sollicité, le dispositif de supervision 5 ouvre 160 les interrupteurs de puissance 14, 16, le procédé de gestion revenant à la première étape 110 d’alimentation du réseau de bord sans alimentation du réseau haute tension. Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Système d’alimentation électrique (1) de consommateurs d’un véhicule électrique ou hybride, comportant : - un bloc batterie (3) comportant une batterie de traction (8) apte à fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement d’un groupe motopropulseur électrique du véhicule, - des interrupteurs de puissance (14, 16, 18) aptes à connecter la batterie de traction (8) à des bus de puissance s’étendant à l’extérieur du bloc batterie (3), - une batterie de servitude (6), connectée à un réseau de bord (4) du véhicule, - un convertisseur courant continu - courant continu (2) apte à recharger la batterie de servitude (6), le convertisseur courant continu - courant continu (2) étant connecté en entrée à la batterie de traction (8) et en sortie au réseau de bord (4) du véhicule, le système d’alimentation électrique (1) étant caractérisé en ce que le convertisseur courant continu - courant continu (2) est connecté en parallèle à la batterie de traction (8) en des points de connexion situés entre la batterie de traction et les interrupteurs de puissance (14, 16, 18). Système d’alimentation électrique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc batterie (3) comportant un boîtier logeant la batterie de traction (8), le convertisseur courant continu – courant continu (2) et les interrupteurs de puissance (14, 16, 18). Système d’alimentation électrique (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’une première sortie du convertisseur courant continu - courant continu (2) est connectée à un bus d’alimentation du réseau de bord (4), et en ce qu’une deuxième sortie du convertisseur courant continu - courant continu (2) est connectée à une masse du véhicule. Système d’alimentation électrique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif d’électronique de commande (20) du convertisseur courant continu – courant continu (2), intégré au bloc batterie (3) et dont une entrée d’alimentation est connectée à la première sortie du convertisseur courant continu – courant continu (2), dans le bloc batterie (3). Système d’alimentation électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comporte un module de gestion (32) de la batterie de traction (8), intégré dans le bloc batterie (3). Système d’alimentation électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les interrupteurs de puissance (14, 16, 18) comprennent un interrupteur de puissance positif (14), un interrupteur de puissance négatif (16), et un système de précharge connecté en parallèle de l’interrupteur de puissance positif (14), le système de précharge comportant une résistance de précharge (19) et un interrupteur de précharge (18). Système d’alimentation électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les interrupteurs de puissance positif (14) et négatif (16) sont chacun équipés d’un dispositif fusible (15, 17) connecté entre la batterie de traction (8) et l’interrupteur de puissance positif (14) ou négatif (16). Système d’alimentation électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de supervision (5) du véhicule électrique ou hybride, connecté au réseau de bord (4) et comportant des moyens de vérification de conditions de sécurité d’un réseau haute tension du véhicule, aptes à activer des moyens de fermeture des interrupteurs de puissance (14, 16, 18). Procédé de gestion (100) de l’alimentation du réseau de bord (4) d’un véhicule équipé d’un système d’alimentation électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comportant une étape d’alimentation (110) du réseau de bord (4) par la batterie de servitude (6) et par le convertisseur courant continu -courant continu (2), les interrupteurs de puissance (14, 16, 18) étant ouverts. Véhicule électrique ou hybride équipé d’un système d’alimentation électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.