Brevet FR3149442A1 — publié le 20241206

Circuit primaire (110) apte à être connecté à un réseau de tension (5) comprenant : - un onduleur (46), apte à être monté en série avec un redresseur de tension (44) apte à être connecté au réseau de tension (5), - une cellule inductive (64), et un premier et un second condensateur (62, 66), le premier condensateur étant connecté à une première borne de la cellule inductive (64) et à l’onduleur, le second condensateur étant connecté à une seconde borne de la cellule inductive (64) et à l’onduleur (46). Figure d’abrégé : Fig.1 Circuit d’alimentation électrique à deux condensateurs d’une unité de stockage d’énergie électrique de véhicule La présente invention concerne un circuit d’alimentation électrique sans contact d’une unité de stockage d’énergie électrique de véhicule. L’unité de stockage d 'énergie électrique présente par exemple une tension nominale de 12V, 48V, 60V ou plus, par exemple supérieure à 300V, par exemple de 400V, 800V ou 1000V. Il est connu d’alimenter électriquement par transmission sans contact par couplage inductif une unité de stockage d’énergie électrique de véhicule à une puissance comprise entre 3 et 50 kW, lorsque le véhicule est à l’arrêt ou lorsque celui-ci se déplace. Cette alimentation par transmission sans contact se fait alors au moyen de sous-circuits électriques distants couplés magnétiquement et accordés à la même fréquence de résonance. Les sous-circuits couplés magnétiquement mettent chacun en œuvre une cellule résonante de type LC. La solution selon la demande déposée en France sous le n°22 09978 le 30/09/2022, qui ne fait pas partie de l’état de la technique, consiste à appliquer une tension alternative aux bornes d’une cellule inductive primaire couplée par couplage inductif à une cellule inductive secondaire qui par adaptation d’impédance permet de transmettre de l’énergie électrique à basse fréquence dans une unité de stockage d’énergie électrique, par exemple une batterie de véhicule électrique. Dans cette solution, il faut adapter le comportement des cellules inductives en mettant de grands composants passifs capacitifs et inductifs afin de fonctionner à basse fréquence. Dans cette solution, une cellule résonante de type LC est constituée d’une cellule inductive montée en série avec un composant capacitif. Le composant capacitif joue le rôle de filtre passe-bande tandis que la cellule inductive permet le transfert d’énergie par couplage inductif entre la cellule inductive primaire et la cellule inductive secondaire. Cette architecture électronique présente un risque du point de vue de la sécurité. En effet, en cas de défaillance de l’isolation électrique de l’un des deux composants constitutifs d’une cellule résonante, des risques électriques pour l’environnement peuvent survenir tels qu’électrocution, apparition d’arc électriques, etc. Cette défaillance de l’isolation électrique peut survenir pour différentes raisons qui doivent être prises en considération lors de la mise en œuvre d’une alimentation sans contact d’une unité de stockage d’énergie électrique d’un véhicule, telles que détérioration volontaire ou accidentelle, déformation du sol, défaillance due aux cycles thermiques, etc. Il existe donc un besoin pour réaliser un circuit électrique intégré dans un circuit d’alimentation électrique d’une unité de stockage d’énergie électrique sans contact qui remédie aux inconvénients précités. L’invention a pour objet de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon un premier aspect, à l’aide d’un circuit électrique apte à être connecté à un réseau de tension. Le circuit comprend : un onduleur, notamment monté en série avec un redresseur de tension apte à être connecté au réseau de tension, une cellule inductive, et un premier et un second condensateur, le premier condensateur étant connecté à une première borne de la cellule inductive et à l’onduleur, le second condensateur étant connecté à une seconde borne de la cellule inductive et à l’onduleur. L’invention telle que définie ci-dessus permet par la présence d’un condensateur de part et d’autre de la cellule inductive : si la cellule inductive est défaillante : de conserver une impédance élevée aux basses fréquences séparant les interrupteurs de l’onduleur, et le cas échéant du redresseur, du point de défaillance de la cellule inductive, ces interrupteurs étant notamment des transistors, si l’un des deux condensateurs est défaillant : de conserver une bonne isolation électrique de part et d’autre de la cellule inductive. De plus, dans l’architecture de la solution mentionnée ci-dessus, un condensateur n’est présent que d’un seul côté de la cellule inductive dans sa connexion avec l’onduleur. En cas de défaillance du côté de la cellule inductive où le condensateur est absent, l’environnement se trouve alors directement exposé au courant émanant des interrupteurs de l’onduleur, et le cas échéant du redresseur. La présence d’un second condensateur permet de conserver une impédance élevée aux basses fréquences séparant les interrupteurs de l’onduleur, et le cas échéant du redresseur, du point de défaillance. Le ratio de la capacité du premier condensateur et la capacité du second condensateur peut être supérieur ou égal à 0,8 et inférieur ou égal à 1,2. Ce ratio est par exemple égal à 1. La capacité du premier condensateur peut être supérieure ou égale à 10 nF, par exemple supérieure ou égale à 100 nF, par exemple supérieure ou égale à 1 µF, et inférieure ou égale à 1 mF, par exemple inférieure ou égale à 100 µF, par exemple inférieure ou égale à 10 µF. La capacité du second condensateur peut être supérieure ou égale à 10 nF, par exemple supérieure ou égale à 100 nF, par exemple supérieure ou égale à 1 µF, et inférieure ou égale à 1 mF, par exemple inférieure ou égale à 100 µF, par exemple inférieure ou égale à 10 µF. Le réseau électrique fournit par exemple une tension efficace nominale de 230V ou de 110V avec une fréquence de 50 Hz ou 60 Hz. Le réseau électrique est par exemple monophasé. Le réseau électrique est par exemple un réseau électrique régional ou national. En variante, il peut s’agir d’un réseau local indépendant, comprenant par exemple une ou plusieurs batteries alimentées par des sources d’énergie telles que éoliennes, des panneaux solaires, des piles à combustible ou des générateurs d’hydroélectricité. L’invention concerne également, selon un deuxième aspect, un circuit apte à être connecté à une unité de stockage d’énergie électrique comprenant : un redresseur de tension apte à réaliser une adaptation d’impédance sur son entrée alternative, indépendamment de l’impédance de l’unité de stockage d’énergie électrique, une cellule inductive, et un premier et un second condensateur, le premier condensateur étant connecté à une première borne de la cellule inductive et au redresseur de tension, le second condensateur étant connecté à une seconde borne de la cellule inductive et au redresseur de tension. Les deux bornes d’entrée du circuit électrique peuvent être connectées à une unité de stockage d’énergie électrique. Typiquement, l’unité de stockage d’énergie électrique peut être une batterie de type lithium-ion. Cette batterie a par exemple une tension nominale de 12V, 48V, 60V ou plus, par exemple supérieure à 300V, par exemple de 400V, 800V ou 1000V. Le ratio de la capacité du premier condensateur et de la capacité du second condensateur peut être supérieur ou égal à 0,8 et inférieur ou égal à 1,2. Ce ratio est par exemple égal à 1. La capacité du premier condensateur peut être supérieure ou égale à 10 nF, par exemple supérieure ou égale à 100 nF, par exemple supérieure ou égale à 1 µF, et inférieure ou égale à 1 mF, par exemple inférieure ou égale à 100 µF, par exemple inférieure ou égale à 10 µF. La capacité du second condensateur peut être supérieure ou égale à 10 nF, par exemple supérieure ou égale à 100 nF, par exemple supérieure ou égale à 1 µF, et inférieure ou égale à 1 mF, par exemple inférieure ou égale à 100 µF, par exemple inférieure ou égale à 10 µF. L’invention concerne également un circuit d’alimentation électrique d'une unité de stockage d'énergie électrique, comprenant : un premier circuit électrique selon l’invention, dit « circuit primaire », un deuxième circuit électrique selon l’invention, dit « circuit secondaire », le circuit primaire et le circuit secondaire étant configurés de manière à échanger de l’énergie électrique sans contact par couplage inductif. De préférence, le premier circuit électrique correspond à un circuit électrique selon le premier aspect de l’invention et le deuxième circuit électrique correspond à un circuit électrique selon le deuxième aspect de l’invention. Typiquement, le circuit d’alimentation électrique selon l’invention comprend une unité de stockage d’énergie électrique montée entre les bornes d’entrée du circuit secondaire. Afin de permettre un échange d’énergie électrique entre le circuit primaire et le circuit secondaire, la cellule inductive du circuit primaire et la cellule inductive du circuit secondaire sont configurées de manière à échanger sans contact par couplage inductif de l’énergie électrique. La cellule inductive du circuit primaire peut comprendre, notamment être constituée par, une bobine permettant la génération d’énergie magnétique et la cellule inductive du circuit secondaire peut comprendre, notamment être constituée par, une bobine permettant de récupérer l’énergie magnétique issue de la cellule inductive du circuit primaire. Les bobines physiques et les autres composants sont de préférence choisis de manière à ce que la cellule inductive du circuit primaire et la cellule inductive du circuit secondaire aient sensiblement la même fréquence de résonance. Typiquement, l’échange sans contact par couplage inductif d’énergie électrique se faisant à une fréquence inférieure à 5 kHz, par exemple inférieure à 3kHz, ou encore inférieure à 2kHz ou 1kHz, notamment encore sensiblement égale à 400 Hz ou 50 Hz. L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un composant pour l’alimentation électrique d’une unité de stockage d’énergie électrique, comprenant le circuit électrique tel que défini ci-dessus, le composant définissant notamment une structure supportant de manière rigidement couplée entre eux le circuit primaire et le circuit secondaire. Un tel composant est couramment appelé « chargeur embarqué » (« on board charger » en anglais). Ce composant est apte à être embarqué dans un véhicule hybride ou électrique. L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un dispositif pour l’alimentation électrique d’une unité de stockage d’énergie électrique, comprenant: - une borne de charge pour véhicule hybride ou électrique, dans laquelle est disposé le circuit primaire du circuit électrique tel que défini ci-dessus, et - un composant apte à être embarqué dans un véhicule hybride ou électrique, dans lequel est disposé le circuit secondaire du circuit électrique tel que défini ci-dessus. Cette borne reçoit alors de l’énergie électrique d’un réseau électrique via un câble qui peut être un câble monophasé ou un câble triphasé. Dans ce cas, le circuit primaire et le circuit secondaire ne sont pas intégrés à un même composant physique. Dans tout ce qui précède, chaque condensateur peut être disposé en série entre une borne d’une cellule inductive et un point milieu d’un bras de commutation d’un des convertisseurs « onduleur » ou « redresseur » précités. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d’un exemple non-limitatif de mise en œuvre de celle-ci et à l’examen du dessin annexé sur lequel : représente de façon schématique un circuit électrique selon un exemple de mise en œuvre de l’invention. On a représenté sur la , un circuit d’alimentation électrique d'une unité de stockage d'énergie électrique 9. Cette unité de stockage d’énergie électrique 9 est par exemple une batterie de véhicule, pouvant présenter une tension nominale de 48V, 60V, 300V, 400V, 800V ou plus. Cette batterie sert à alimenter un système de propulsion de véhicule électrique ou hybride. Ce circuit d’alimentation électrique comprend : - un circuit primaire 110, connecté à un réseau de tension 5, et - un circuit secondaire 120, connecté à l’unité de stockage d’énergie électrique 9. Le circuit d’alimentation électrique met en œuvre un échange d’énergie électrique sans contact par couplage inductif entre le circuit primaire 110 et le circuit secondaire 120, pour la charge de l’unité de stockage d’énergie électrique 9. Dans l’exemple considéré, le circuit primaire 110 comprend : - un redresseur de tension 44 et un onduleur 46 connectés en série, le redresseur de tension 44 est connecté au réseau de tension 5, - une cellule inductive 64 pour l'échange d'énergie sans contact constituée ici par une inductance, et - un premier et un second condensateur 62, 66, le premier condensateur étant connecté à une première borne de la cellule inductive 64 et à l’onduleur 46, le second condensateur étant connecté à une seconde borne de la cellule inductive 64 et à l’onduleur 46. Dans l’exemple considéré, le circuit secondaire 120 comprend : - un redresseur de tension 74 apte à réaliser une adaptation d’impédance sur son entrée alternative, indépendamment de l’impédance de l’unité de stockage d’énergie électrique, le redresseur de tension 74 étant connecté à l’unité de stockage d’énergie électrique 9, - une cellule inductive 84 pour l'échange d'énergie sans contact constituée ici par une inductance, et - un premier et un second condensateur 82, 86, le premier condensateur étant connecté à une première borne de la cellule inductive 84 et au redresseur de tension 74, le second condensateur étant connecté à une seconde borne de la cellule inductive 84 et au redresseur de tension 74. Comme représenté sur la , la cellule inductive 64, le premier 62 et le second 66 condensateurs sont montés en série. Comme représenté sur la , la cellule inductive 84, le premier 82 et le second 86 condensateurs sont montés en série. Le réseau électrique 5 fournit par exemple une tension efficace nominale de 230V avec une fréquence de 50 Hz ou 60 Hz. Le réseau électrique 5 est ici monophasé, de sorte que la tension aux bornes du convertisseur AC/DC 9 est aussi monophasé. Le ratio entre la capacité C1 du premier condensateur 62 et la capacité C2 du second condensateur 66 est par exemple supérieur ou égal à 0,8 et inférieur ou égal à 1,2, étant notamment égal à 1. Le ratio entre la capacité C3 du premier condensateur 82 et la capacité C4 du second condensateur 86 est par exemple supérieur ou égal à 0,8 et inférieur ou égal à 1,2, étant notamment égal à 1. La capacité C1 du premier condensateur 62 est supérieure ou égale à 10 nF, par exemple supérieure ou égale à 100 nF, par exemple supérieure ou égale à 1 µF, et inférieure ou égale à 1 mF, par exemple inférieure ou égale à 100 µF, par exemple inférieure ou égale à 10 µF. La capacité C2 du second condensateur 66 est supérieure ou égale à 10 nF, par exemple supérieure ou égale à 100 nF, par exemple supérieure ou égale à 1 µF, et inférieure ou égale à 1 mF, par exemple inférieure ou égale à 100 µF, par exemple inférieure ou égale à 10 µF. La capacité C3 du premier condensateur 82 est supérieure ou égale à 10 nF, par exemple supérieure ou égale à 100 nF, par exemple supérieure ou égale à 1 µF, et inférieure ou égale à 1 mF, par exemple inférieure ou égale à 100 µF, par exemple inférieure ou égale à 10 µF. La capacité C4 du second condensateur 86 est supérieure ou égale à 10 nF, par exemple supérieure ou égale à 100 nF, par exemple supérieure ou égale à 1 µF, et inférieure ou égale à 1 mF, par exemple inférieure ou égale à 100 µF, par exemple inférieure ou égale à 10 µF. La cellule inductive 64 comprend ici une bobine permettant la génération d’énergie magnétique. La cellule inductive 84 comprend ici une bobine permettant la génération d’énergie magnétique. La bobine de la cellule inductive 64 pour le transfert d’énergie a par exemple une inductance comprise entre 1mH et 100mH. La bobine de la cellule inductive 84 pour le transfert d’énergie a par exemple une inductance comprise entre 1mH et 100mH. L’invention a été décrite ci-dessus avec l’aide de modes de réalisations présentés sur la figure, sans limitation du concept inventif général. Bien d’autres modifications et variations se suggèrent d’elles-mêmes à l’homme du métier, après réflexion sur les différents modes de réalisations illustrés dans cette demande. Ces modes de réalisation sont donnés à titre d’exemple et ne sont pas destinés à limiter la portée de l’invention, qui est déterminée exclusivement par les revendications ci-dessous. Dans les revendications, le mot « comprenant » n’exclut pas d’autres éléments ou étapes, et l’utilisation de l’article indéfini « un » ou « une » n’exclut pas une pluralité. Le simple fait que différentes caractéristiques sont énumérées en revendications mutuellement dépendantes n’indique pas qu’une combinaison de ces caractéristiques ne puisse être avantageusement utilisée. Enfin, toute référence utilisée dans les revendications ne doit pas être interprétée comme une limitation de la portée de l’invention. Circuit primaire (110) apte à être connecté à un réseau de tension (5) comprenant : - un onduleur (46), notamment monté en série avec un redresseur de tension (44) apte à être connecté au réseau de tension (5), - une cellule inductive (64), et un premier et un second condensateur (62, 66), le premier condensateur étant connecté à une première borne de la cellule inductive (64) et à l’onduleur, le second condensateur étant connecté à une seconde borne de la cellule inductive (64) et à l’onduleur (46). 2. Circuit primaire selon la revendication 1, dans lequel le ratio entre la capacité C1 du premier condensateur (62) et la capacité C2 du second condensateur (66) est supérieur ou égal à 0,8 et inférieur ou égal à 1,2, étant notamment égal à 1. 3. Circuit primaire selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la capacité C1 du premier condensateur (62) est supérieure ou égale à 10 nF et inférieure ou égale à 1 mF, et/ou dans lequel la capacité C2 du second condensateur (66) est supérieure ou égale à 10 nF et inférieure ou égale à 1 mF. 4. Circuit primaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réseau de tension fournit une tension efficace nominale de 230 V ou 110 V avec une fréquence de 50 Hz ou 60 Hz. 5. Circuit secondaire (120), apte à être connecté à une unité de stockage d’énergie électrique (9) et apte à échanger de l’énergie électrique sans contact par couplage inductif avec le circuit primaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, le circuit secondaire (120) comprenant : un redresseur de tension (74) apte à réaliser une adaptation d’impédance sur son entrée alternative, indépendamment de l’impédance de l’unité de stockage d’énergie électrique, une cellule inductive (84), et un premier et un second condensateur (82, 86), le premier condensateur étant connecté à une première borne de la cellule inductive (84) et au redresseur de tension, le second condensateur étant connecté à une seconde borne de la cellule inductive (84) et au redresseur de tension. 6. Circuit secondaire selon la revendication 5, dans lequel le ratio entre la capacité C3 du premier condensateur (82) et la capacité C4 du second condensateur (86) est supérieur ou égal à 0,8 et inférieur ou égal à 1,2, étant notamment égal à 1. 7. Circuit secondaire selon l’une des revendications 5 ou 6, dans lequel la capacité C3 du premier condensateur (82) est supérieure ou égale à 10 nF et inférieure ou égale à 1 mF, et/ou dans lequel la capacité C4 du second condensateur (86) est supérieure ou égale à 10 nF et inférieure ou égale à 1 mF. 8. Circuit d’alimentation électrique d'une unité de stockage d'énergie électrique (9), ce circuit d’alimentation électrique comprenant : un circuit primaire (110) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, et un circuit secondaire (120) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, le circuit primaire (110) et le circuit secondaire (120) étant configurés de manière à échanger de l’énergie électrique sans contact par couplage inductif. 9. Circuit l’alimentation électrique selon la revendication précédente, dans lequel le circuit primaire et le circuit secondaire sont configurés de sorte que la fréquence de transmission de puissance électrique par induction est inférieure ou égale à 5000 Hz.