Brevet FR3144563A1 — publié le 20240705

Le véhicule électrifié (VE1) comprend des moyens embarqués (MRC) de recharge conductive d’une batterie électrique de traction (B_HV) du véhicule et des moyens embarqués (MRI) de recharge inductive de la batterie électrique de traction. Conformément à l’invention, le véhicule comprend des moyens embarqués de recharge mutualisés (MM) sollicités aussi bien pour une recharge conductive que pour une recharge inductive, les moyens embarqués de recharge mutualisés comprenant un convertisseur électrique (C34) de type « AC/DC » fournissant un courant électrique continu pour la recharge de la batterie électrique de traction. Figure 2 VÉHICULE ÉLECTRIFIÉ ÉQUIPÉ DE MOYENS DE RECHARGE CONDUCTIVE ET INDUCTIVE La présente invention concerne de manière générale la recharge électrique de la batterie de traction d’un véhicule électrifié, comme un véhicule tout électrique ou un véhicule hybride électrique rechargeable dit « PHEV » (pour « Plug-in Hybrid Electric Vehicle » en anglais). Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un véhicule électrifié équipé de moyens de recharge par conduction électrique et par induction magnétique. La propulsion électrique des véhicules est une solution viable pour répondre aux enjeux environnementaux et de santé publique découlant de la dépendance aux énergies fossiles. Les puissances spécifiques entre les moteurs électriques et les moteurs thermiques sont dans les mêmes ordres de grandeur, avec cependant un avantage important en termes de rendement pour les moteurs électriques. Les chaînes de traction électrique ont cependant l’inconvénient d’une faible autonomie de roulage, liée à la capacité limitée de la batterie électrique de traction. L’amélioration de leur autonomie de roulage exige des capacités de batterie électrique de traction plus importantes, ce qui impose le recours à des systèmes de recharge rapide. Les systèmes de recharge doivent être sûrs, économiques, efficaces énergétiquement et d’une utilisation aisée pour les personnes afin de faciliter l’adoption des véhicules électrifiés par le grand public. La recharge par induction magnétique, dite aussi recharge inductive, est considérée comme une solution d’avenir pour la recharge des batteries des véhicules électrifiés. Un dispositif de recharge inductive, associé en complément à un dispositif de recharge par conduction électrique, dite aussi recharge filaire, offre un intérêt certain pour une stratégie de recharge optimale en fonction de la situation de vie du véhicule. La recharge inductive apporte à l’utilisateur un grand confort d’utilisation en lui évitant la tâche fastidieuse du raccordement par câble du véhicule à une station de recharge électrique. De plus, si le dispositif de recharge inductive est équipé d’une bobine primaire mobile, il en résulte une certaine flexibilité pour l’emplacement de stationnement du véhicule pour sa recharge. Par ailleurs, cette technologie est applicable non seulement pour une recharge statique du véhicule en stationnement, mais aussi pour une recharge dynamique du véhicule en roulage sur une piste de recharge inductive intégrée dans le revêtement de la chaussée. En référence à la , il est connu une architecture d’un véhicule électrifié VE intégrant des moyens embarqués de recharge d’une batterie de traction haute tension B_HV. Les moyens embarqués de recharge comprennent un dispositif de recharge de type conductif, ou filaire, repéré ici DRC, et un dispositif de recharge de type inductif, repéré ici DRI. Le dispositif de recharge filaire DRC est un dispositif désigné « OBC » par l’homme du métier, pour « On-Board Charger » en anglais. Le dispositif de recharge inductive DRI est l’équipement embarqué d’un dispositif appelé « robot chargeur » incluant également un dispositif de recharge inductive au sol DIS. L’énergie électrique pour la recharge est fournie aux dispositifs par un ou plusieurs réseaux d’alimentation électrique à courant alternatif monophasé ou triphasé (AC). Le dispositif embarqué DRC reçoit la puissance électrique de recharge via une borne de recharge électrique filaire, publique ou domestique, (non représentée) reliée au réseau électrique. Le dispositif embarqué DRI reçoit la puissance électrique de recharge par induction magnétique via le dispositif au sol DIS relié au réseau électrique. Le dispositif au sol DIS est un dispositif public ou domestique, statique ou mobile. Le dispositif de recharge filaire DRC comprend plusieurs étages en cascade, à savoir, un convertisseur électrique de puissance C1, un convertisseur électrique de puissance C2, un transformateur d’isolation électrique TR, un convertisseur électrique de puissance C3 et un filtre de sortie FL1. Le convertisseur C1, de type dit « AC/DC » pour « Alternating Current /Direct Current », reçoit une énergie électrique en courant alternatif à travers une prise PR de raccordement par câble à la borne de recharge électrique susmentionnée et convertit celle-ci en une énergie électrique en courant continu. Le convertisseur C1 est un convertisseur à correction de facteur de puissance, dit « PFC » pour « Power Factor Correction » en anglais, autorisant une meilleure efficacité énergétique par réduction de la puissance réactive. Le convertisseur C2, de type dit « DC/AC » pour « Direct Current / Alternating Current », reçoit l’énergie électrique en courant continu fournie par le convertisseur C1 et convertit celle-ci en une énergie électrique en courant alternatif. Le convertisseur C3, du type « AC/DC », reçoit, via le transformateur d’isolation électrique TR, l’énergie électrique en courant alternatif fournie par le convertisseur C2 et convertit celle-ci en une énergie électrique en courant continu qui est destinée, après lissage par le filtre de sortie FL1, à charger la batterie de traction haute tension B_HV. Le filtre de sortie FL1 est de type dit « DC », pour « Direct Current » en anglais, et assure un filtrage passe-bas du courant continu de charge. Le dispositif de recharge inductive embarqué DRI et le dispositif de recharge inductive au sol DIS comprennent chacun plusieurs étages en cascade. Le dispositif embarqué DRI comprend une bobine d’induction secondaire BS, un convertisseur électrique de puissance C4 et un filtre de sortie FL2. La bobine d’induction secondaire BS est installée dans un emplacement du véhicule VE autorisant un couplage magnétique avec une bobine d’induction primaire BP du dispositif au sol DIS. La bobine secondaire BS reçoit une énergie électrique en courant alternatif fournie par la bobine d’induction primaire BP et fournit celle-ci au convertisseur C4 qui est du type « AC/DC ». Le convertisseur C4 convertit l’énergie électrique en courant alternatif reçue en une énergie électrique en courant continu qui est destinée, après lissage par le filtre de sortie FL2, à charger la batterie de traction haute tension B_HV. Le filtre de sortie FL2, de même que le filtre FL1 susmentionné, est de type « DC » et assure un filtrage passe-bas du courant continu de charge. Outre la bobine d’induction primaire BP, le dispositif au sol DIS comprend des convertisseurs électriques de puissance C5 et C6. Le convertisseur C5, de type « AC/DC », est relié au réseau électrique et reçoit une énergie électrique en courant alternatif fournie par celui-ci. Le convertisseur C5 est un convertisseur de type « PFC » qui convertit l’énergie électrique en courant alternatif reçue en une énergie électrique en courant continu. Le convertisseur C6, de type « DC/AC », reçoit l’énergie électrique en courant continu fournie par le convertisseur C6 et convertit celle-ci en une énergie électrique en courant alternatif qui alimente la bobine d’induction primaire BP. Dans l’état de la technique, comme illustrée par l’architecture décrite ci-dessus en référence à la , l’intégration dans un véhicule électrifié d’un dispositif de recharge inductive requiert l’ajout de plusieurs composants supplémentaires, ce qui impose des contraintes sévères notamment en termes de poids et de volume embarqués, et en termes de coûts. Il existe donc un besoin d’optimisation de l’architecture des moyens de recharge embarqués dans un véhicule électrifié lorsque celui-ci doit posséder à la fois une fonction de recharge conductive et une fonction de recharge inductive pour sa batterie électrique de traction. Selon un premier aspect, l’invention concerne un véhicule électrifié comprenant des moyens embarqués de recharge conductive d’une batterie électrique de traction du véhicule et des moyens embarqués de recharge inductive de la batterie électrique de traction. Conformément à l’invention, le véhicule comprend des moyens embarqués de recharge mutualisés sollicités aussi bien pour une recharge conductive que pour une recharge inductive, les moyens embarqués de recharge mutualisés comprenant un convertisseur électrique de type « AC/DC » fournissant un courant électrique continu pour la recharge de la batterie électrique de traction. Selon une caractéristique particulière, les moyens embarqués de recharge mutualisés comprennent également un commutateur de puissance ayant une première position de commutation associée à la recharge conductive et une deuxième position de commutation associée à la recharge inductive. Selon une autre caractéristique particulière, les moyens embarqués de recharge mutualisés comprennent également un filtre de type « DC » assurant un filtrage passe-bas du courant électrique continu pour la recharge de la batterie électrique de traction. Selon encore une autre caractéristique particulière, les moyens embarqués de recharge conductive comprennent un convertisseur électrique de type « AC/DC » à correction de facteur de puissance, un convertisseur électrique de type « DC/AC » et un transformateur d’isolation électrique qui sont reliés en cascade, le convertisseur électrique de type « AC/DC » à correction de facteur de puissance étant alimenté via un câble électrique par une énergie électrique en courant alternatif provenant d’un réseau d’alimentation électrique et le convertisseur électrique de type « DC/AC » étant agencé de façon à alimenter en énergie, via ledit transformateur d’isolation électrique, les moyens embarqués de recharge mutualisés lors d’une recharge conductive de la batterie électrique de traction. Selon encore une autre caractéristique particulière, les moyens embarqués de recharge inductive comprennent une bobine d’induction secondaire agencée de façon à alimenter en énergie les moyens embarqués de recharge mutualisés lors d’une recharge inductive de la batterie électrique de traction, la bobine d’induction secondaire étant couplée magnétiquement, lors de la recharge inductive, avec une bobine d’induction primaire d’un dispositif de recharge inductive extérieur au véhicule et relié à un réseau d’alimentation électrique. D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de formes de réalisation particulières de l’invention en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La est un bloc-diagramme montrant schématiquement une architecture connue de moyens de recharge embarqués dans un véhicule électrifié de la technique antérieure ayant à la fois une fonction de recharge conductive et une fonction de recharge inductive pour sa batterie électrique de traction. La est un bloc-diagramme montrant une première forme de réalisation d’un véhicule électrifié selon l’invention ayant des moyens de recharge embarqués conçus pour une recharge conductive ou une recharge inductive de sa batterie électrique de traction. La est un bloc-diagramme montrant une deuxième forme de réalisation d’un véhicule électrifié selon l’invention ayant des moyens de recharge embarqués conçus pour une recharge conductive ou une recharge inductive de sa batterie électrique de traction. De manière générale, l’invention repose sur la suppression d’une redondance de composants présente dans l’architecture des moyens de recharge conductive et inductive selon la technique antérieure. En effet, en référence à la , le convertisseur électrique de puissance C4 et le filtre de sortie FL2 du dispositif embarqué de recharge inductive DRI remplissent les mêmes fonctions que le convertisseur électrique de puissance C3 et le filtre de sortie FL1 du dispositif embarqué de recharge conductive DRC. L’invention supprime cette redondance en procurant un convertisseur électrique de puissance et un filtre de sortie qui sont partagés par la fonction de recharge conductive et la fonction de recharge inductive. Comparativement à l’architecture de la technique antérieure, la mutualisation de moyens introduite par l’invention permet donc de se passer d’un convertisseur électrique de puissance et d’un filtre de sortie, ainsi que du câblage (de type dit « busbar », câble ou autres), des connecteurs et d’autres composants associés comme des moyens de commande et de protection. Il en résulte des gains sensibles sur le poids, le volume et le coût des moyens embarqués nécessaires pour réaliser les fonctions de recharge conductive et de recharge inductive. En référence à la et à la , il est maintenant décrit ci-dessous des première et deuxième formes de réalisation particulières VE1 et VE2 d’un véhicule électrifié selon l’invention équipé de moyens de recharge conductive et de recharge inductive. Comme visible à la , le véhicule électrifié VE1 selon l’invention comprend des moyens embarqués de recharge conductive MRC, des moyens embarqués de recharge inductive MRI et des moyens embarqués mutualisés MM. Les moyens embarqués MRC comprennent ici des convertisseurs électriques de puissance C1a et C2a et un transformateur d’isolation électrique TRa. Le convertisseur C1a, qui est analogue au convertisseur C1 du véhicule VE de la technique antérieure, est un convertisseur « AC/DC » de type « PFC » relié par câble, via une prise de raccordement PRa, à une borne de recharge électrique filaire, publique ou domestique, reliée au réseau électrique (AC). Le convertisseur C2a, qui est analogue au convertisseur C2 du véhicule VE de la technique antérieure, est un convertisseur « DC/AC » qui reçoit l’énergie électrique en courant continu fournie par le convertisseur C1a et convertit celle-ci en une énergie électrique en courant alternatif fournie à un enroulement primaire du transformateur d’isolation électrique TRa. Les moyens embarqués de recharge inductive MRI comprennent ici une bobine d’induction secondaire BSa. La bobine d’induction secondaire BSa est installée dans un emplacement du véhicule VE1 autorisant un couplage magnétique avec une bobine d’induction primaire BPa d’un dispositif au sol DISa analogue au dispositif au sol DIS décrit à la en relation avec le véhicule VE de la technique antérieure. De plus, les moyens embarqués de recharge inductive MRI comprendront aussi de moyens électroniques (non représentés) notamment pour la détection de l’alignement des bobines d’induction primaire BPa et secondaire BSa et la transmission d’une information de détection d’alignement. Outre la bobine d’induction primaire BPa, le dispositif au sol DISa comprend des convertisseurs électriques de puissance C5a et C6a analogues aux convertisseurs C5 et C6 du dispositif au sol DIS de la . Le convertisseur C5a est un convertisseur « AC/DC » de type « PFC » qui est relié au réseau électrique (AC) et reçoit une énergie électrique en courant alternatif fournie par celui-ci. Le convertisseur C6a est un convertisseur de type « DC/AC » qui reçoit l’énergie électrique en courant continu fournie par le convertisseur C5a et convertit celle-ci en une énergie électrique en courant alternatif qui alimente la bobine d’induction primaire BPa. Le véhicule électrifié VE1 selon l’invention se distingue essentiellement du véhicule électrifié VE de la technique antérieure par la présence des moyens embarqués mutualisés MM qui comprennent notamment un convertisseur électrique de puissance C34, un filtre de sortie FL12 et un commutateur de puissance IT. Le convertisseur C34, qui est analogue aux convertisseurs C3 et C4 du véhicule VE de la technique antérieure, est un convertisseur « AC/DC » qui reçoit une énergie électrique en courant alternatif, via le commutateur de puissance IT, et convertit celle-ci en une énergie électrique en courant continu. Le filtre de sortie FL12, qui est analogue aux filtres FL1 et FL2 du véhicule VE de la technique antérieure, est un filtre de type « DC » disposé entre la sortie du convertisseur C34 et la batterie B_HV pour assurer un filtrage passe-bas du courant continu de charge fourni à la batterie B_HV. Le convertisseur C34 et le filtre de sortie FL12 sont dimensionnés pour un fonctionnement dans les deux modes de recharge, à savoir, la recharge conductive et la recharge inductive. Le commutateur de puissance IT, représenté schématiquement à la , sous la forme d’un interrupteur tripolaire, est piloté en commutation par une commande de mode de recharge conductive/inductive CD. La commande CD détermine selon son état logique le mode de recharge requis, à savoir, une recharge conductive ou une recharge inductive. Le commutateur de puissance IT est réalisé typiquement au moyen d’un ou plusieurs relais électromagnétiques et/ou d’un ou plusieurs interrupteurs électroniques tels que des transistors de puissance de type « MOSFET » ou autres. Ainsi, lorsque le commutateur de puissance IT est placé dans une première position de commutation P1 par la commande CD, le convertisseur C34 est alimenté, via le transformateur TRa, par une énergie électrique en courant alternatif fournie par le convertisseur C2a et la batterie B_HV est alors chargée en mode de recharge conductive. Lorsque le commutateur de puissance IT est placé dans une deuxième position de commutation P2 par la commande CD, le convertisseur C34 est alimenté par une énergie électrique en courant alternatif fournie par la bobine d’induction secondaire BSa et la batterie B_HV est alors chargée en mode de recharge inductive. Ainsi, dans l’invention, selon la position de commutation du commutateur IT, le convertisseur C34 et le filtre FL12 collaborent avec les moyens embarqués de recharge conductive MRC pour une recharge conductive de la batterie B_HV ou collaborent avec les moyens embarqués de recharge inductive MRI pour une recharge inductive de la batterie B_HV. En mode de recharge conductive, les composants C1a, C2a et TRa des moyens MRC et les composants IT (P1), C34 et FL12 des moyens mutualisés sont actifs et transmettent l’énergie pour la recharge de la batterie B_HV. En mode de recharge inductive, les composants C5a, C6a et BPa du dispositif au sol DISa, ainsi que la bobine d’induction secondaire BSa et les composants IT (P2), C34 et FL12 des moyens mutualisés sont actifs et transmettent l’énergie pour la recharge de la batterie B_HV. Dans les deux modes de recharge, conductive et inductive, d’autres composants, non représentés ici pour la clarté de la , pourront être actifs, comme un filtre « CEM » (de compatibilité électromagnétique) pour le courant alternatif, une matrice de connexion, un ou plusieurs composants de protection et autres. Comme visible à la , le véhicule électrifié VE2 selon l’invention se différencie du véhicule VE1 par l’absence du commutateur IT ( ). Dans le véhicule électrifié VE2, la bobine d’induction secondaire BSa est reliée directement à l’entrée du convertisseur C34, de même que l’enroulement secondaire du transformateur TRa. Afin d’optimiser le rendement énergétique de la recharge en mode de conduction, la bobine d’induction secondaire BSa (hors couplage et transfert d’énergie avec la bobine d’induction primaire BPa) pourra être calculée de façon à présenter une impédance élevée par rapport à l’impédance d’entrée du convertisseur C34, de sorte que l’énergie électrique transmise via le transformateur TRa sera fournie très majoritairement au convertisseur C34. Pour la recharge en mode d’induction, l’optimisation du rendement énergétique pourra être obtenue par le biais d’une commande de la sortie du convertisseur C2a dans un état de haute impédance, ce qui aura pour résultat de ramener en entrée du convertisseur C34, du fait de la connexion directe de l’enroulement secondaire du transformateur TRa, une forte impédance ayant peu d’effet sur le rendement énergétique. L’invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention. Véhicule électrifié (VE1, VE2) comprenant des moyens embarqués (MRC) de recharge conductive d’une batterie électrique de traction (B_HV) dudit véhicule (VE1, VE2) et des moyens embarqués (MRI) de recharge inductive de ladite batterie électrique de traction (B_HV), caractérisé en ce qu’il comprend des moyens embarqués de recharge mutualisés (MM) sollicités aussi bien pour une recharge conductive que pour une recharge inductive, lesdits moyens embarqués de recharge mutualisés (MM) comprenant un convertisseur électrique (C34) de type « AC/DC » fournissant un courant électrique continu pour la recharge de ladite batterie électrique de traction (B_HV). Véhicule électrifié selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens embarqués de recharge mutualisés (MM) comprennent également un commutateur de puissance (IT) ayant une première position de commutation (P1) associée à la recharge conductive et une deuxième position de commutation (P2) associée à la recharge inductive. Véhicule électrifié selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens embarqués de recharge mutualisés (MM) comprennent également un filtre (FL12) de type « DC » assurant un filtrage passe-bas dudit courant électrique continu pour la recharge de ladite batterie électrique de traction (B_HV). Véhicule électrifié selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens embarqués de recharge conductive (MRC) comprennent un convertisseur électrique (C1a) de type « AC/DC » à correction de facteur de puissance (PFC), un convertisseur électrique (C2a) de type « DC/AC » et un transformateur d’isolation électrique (TRa) qui sont reliés en cascade, ledit convertisseur électrique (C1a) de type « AC/DC » à correction de facteur de puissance (PFC) étant alimenté via un câble électrique par une énergie électrique en courant alternatif provenant d’un réseau d’alimentation électrique (AC) et ledit convertisseur électrique (C2a) de type « DC/AC » étant agencé de façon à alimenter en énergie, via ledit transformateur d’isolation électrique (TRa), lesdits moyens embarqués de recharge mutualisés (MM) lors d’une recharge conductive de ladite batterie électrique de traction (B_HV). Véhicule électrifié selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens embarqués de recharge inductive (MRI) comprennent une bobine d’induction secondaire (BSa) agencée de façon à alimenter en énergie lesdits moyens embarqués de recharge mutualisés (MM) lors d’une recharge inductive de ladite batterie électrique de traction (B_HV), ladite bobine d’induction secondaire (BSa) étant couplée magnétiquement, lors de la recharge inductive, avec une bobine d’induction primaire (BPa) d’un dispositif de recharge inductive (DISa) extérieur audit véhicule et relié à un réseau d’alimentation électrique (AC).