Brevet FR3162328A1 — publié le 20251121

L’invention concerne un système électrique de bord comprenant au moins une batterie principale (1), un réseau primaire (VR1) directement alimenté depuis la batterie principale, un convertisseur de tension (3) alimentant un réseau secondaire (VR2), le convertisseur de tension étant alimenté depuis la batterie principale par une première ligne d’alimentation (2), la première ligne d’alimentation comprenant au moins un filtre de lissage (22), le système étant caractérisé en ce qu’il comprend un circuit de commande externe (4) du convertisseur, configuré pour sélectivement activer ou désactiver le fonctionnement du convertisseur de tension, de manière à minimiser la chute de tension sur le réseau primaire au moment de la mise en route du convertisseur de tension. Figure de l’abrégé : Fig. 1 Système électrique avec un convertisseur de tension et un circuit de commande externe du convertisseur. La présente invention se rapporte à un système électrique avec un convertisseur de tension. Le système électrique comprend une batterie principale et le convertisseur de tension est alimenté depuis la batterie principale. Lorsque le convertisseur de tension est mis en route, il se produit des oscillations et un appel de courant important sur la batterie principale qui conduit à une chute de tension sur le réseau alimenté depuis la batterie principale. Dans les convertisseurs de tension, on fait appel à des commutations tout ou rien qui commandent le passage de courant dans une ou plusieurs inductances de charge. Selon certaines solutions connues, on place un filtre inductif en sortie de la batterie principale pour obtenir un effet de lissage du courant et une diminution du phénomène de chute de tension et des oscillations induites par la commande hachée prévalant dans le convertisseur de tension. Pour le cas des convertisseurs de tension de type quasi-résonnant, la commutation de commande présente une certaine souplesse et n'est pas opérée selon une périodicité régulière. Le spectre électromagnétique des possibles perturbations produites par la commande hachée du convertisseur de tension résonnant est donc relativement large. Les commutations et les transitoires qui en découlent provoquent généralement du bruit électromagnétique, notamment des perturbations conduites sur tout le réseau de bord, ce qui dégrade la performance du point de vue du mutisme électromagnétique du système incluant le convertisseur de tension. Certains ont essayé de raffiner la solution de filtrage inductif placée entre la batterie principale et le convertisseur de tension, en utilisant un filtre dit « filtre Pi ». Un tel filtre Pi comprend une inductance montée en série sur la ligne et placée entre une première capacité en amont et une deuxième capacité en aval, chaque capacité étant interposée entre la ligne et la masse. Une telle solution à filtre Pi permet d'accroître la performance de réduction des transitoires dans une certaine mesure et sur un spectre fréquentiel plus large, mais ne résout pas complètement le problème. Les inventeurs ont cherché à encore améliorer la situation, notamment pour diminuer le phénomène de chute de tension et les oscillations induites par la commande hachée du convertisseur de tension. A cet effet il est proposé un système électrique de bord comprenant au moins une batterie principale, un réseau primaire directement alimenté depuis la batterie principale, un convertisseur de tension alimentant un réseau secondaire, le convertisseur de tension étant alimenté depuis la batterie principale par une première ligne d’alimentation, la première ligne d’alimentation comprenant au moins un filtre de lissage, le système étant caractérisé en ce qu’il comprend un circuit de commande externe du convertisseur, configuré pour sélectivement activer ou désactiver le fonctionnement du convertisseur de tension, de manière à minimiser la chute de tension sur le réseau primaire au moment de la mise en route du convertisseur de tension. Grâce à ces dispositions, la commande sélective d'activation du convertisseur de tension permet de le mettre en marche de manière progressive, sur les quelques centaines de millisecondes entre le début de la séquence et le fonctionnement à plein régime du convertisseur de tension. Il s'ensuit une diminution significative de la chute de tension impliquée par le premier appel de courant et une diminution de l'amplitude des oscillations et transitoires qui suivent. Moyennant quoi, il est possible accessoirement de revoir à la baisse le dimensionnement du filtre de lissage que l'on place entre la batterie et le convertisseur de tension. Concernant la locution « système électrique de bord », le qualificatif « de bord » indique que le système électrique est destiné à être installé sur un engin mobile ou à minima sur un engin déplaçable, sans alimentation depuis un réseau général d'électricité. Selon une réalisation, le circuit de commande externe du convertisseur est configuré pour désactiver le fonctionnement du convertisseur de tension si une valeur de la tension instantanée de la première ligne d’alimentation passe en dessous d’un premier seuil. On limite ainsi la chute de tension sur la ligne d'alimentation du convertisseur de tension. De façon avantageuse, l'impact sur les autres consommateurs connectés sur le réseau primaire, résultant du phénomène de démarrage du convertisseur de tension, est diminué. Selon une réalisation, le circuit de commande externe du convertisseur est configuré pour réactiver le fonctionnement du convertisseur de tension si la valeur de la tension instantanée de la première ligne d’alimentation passe au-dessus d’un deuxième seuil. On réactive le fonctionnement du convertisseur pour poursuivre la séquence de mise en route vers un fonctionnement à plein régime à terme. On a ainsi une alternance entre un fonctionnement et un non-fonctionnement, pendant la phase de mise en route du convertisseur de tension, ladite phase de mise en route pouvant durer au maximum quelques centaines de millisecondes. Selon une réalisation, le circuit de commande externe du convertisseur est un circuit numérique. L'utilisation d'un petit microcontrôleur ou d’un ASIC spécifique peut satisfaire la fonction à remplir ici. Selon une réalisation, le circuit de commande externe du convertisseur est formé en logique câblée et comprend un comparateur à hystérésis. Moyennant quoi, on utilise une solution rustique, très fiable et de conception simple, sans avoir à développer un logiciel ou un circuit numérique spécifique. Selon une option, les premier et deuxième seuils du comparateur sont définis par rapport à une valeur lissée moyennée de la première ligne d’alimentation. Moyennant quoi, au lieu d'utiliser des valeurs absolues, les seuils hauts et bas sont définis par rapport à une valeur relative obtenue par moyenne sur une fenêtre glissante. L'utilisation de valeurs seuil basées sur une référence relative permet une meilleure adaptation à la situation et à l'état de charge courant de la batterie principale. Selon une réalisation, la borne positive du comparateur à hystérésis est connectée à la tension instantanée de la première ligne d’alimentation et la borne négative du comparateur à hystérésis est connectée à une sortie d’un filtre RC qui filtre la tension instantanée de la première ligne d’alimentation, ou la borne négative du comparateur à hystérésis est connectée à la tension instantanée de la première ligne d’alimentation et la borne positive du comparateur à hystérésis est connectée à une sortie d’un filtre RC qui filtre la tension instantanée de la première ligne d’alimentation. Cette valeur moyenne peut être obtenue très simplement par l'utilisation d'un filtre passe bas analogique RC qui sera décrit dans la suite. Une fréquence de coupure de l’ordre de 1 kHz pour ce filtre peut convenir. Selon une réalisation, le convertisseur de tension est un convertisseur de tension quasi-résonant. La commande modulée réalisée par le circuit de commande externe permet de diminuer l'amplitude des oscillations quelle que soit la logique de commande mise en œuvre dans le convertisseur de tension, et ceci s'applique pour un large spectre de fréquences de perturbations possibles. On remarque par ailleurs que la commande modulée par le circuit de commande externe peut être appliquée à tout type de convertisseur de tension. La présente invention vise aussi un procédé mis en œuvre dans un système électrique de bord tel que décrit ci-dessus, le procédé prévoyant d’activer et de désactiver sélectivement le convertisseur de tension depuis un état inactif jusqu’à un état de fonctionnement établi, le procédé comprenant : - désactiver le fonctionnement du convertisseur de tension si une valeur de la tension instantanée de la première ligne d’alimentation passe en dessous d’un premier seuil, - réactiver le fonctionnement du convertisseur de tension si la valeur de la tension instantanée de la première ligne d’alimentation passe au-dessus d’un deuxième seuil. On a ainsi une alternance entre un fonctionnement et un non-fonctionnement, pendant la phase de mise en route du convertisseur de tension. La phase de mise en route peut durer quelques centaines de millisecondes, voire moins de 100 ms dans certains cas. Comme déjà évoqué, le premier seuil et le deuxième seuil peuvent être selon une option des seuils fixes ou selon une autre option des seuils définis relativement par rapport à une moyenne de tension du réseau primaire. La présente invention vise aussi un véhicule comprenant au moins un système électrique de bord tel que décrit précédemment. L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles : - FIG. 1 illustre schématiquement un exemple de circuit électrique du système proposé ; - FIG. 2 illustre un exemple de chronogramme illustrant le procédé proposé. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Pour des raisons de clarté de l'exposé, certains éléments ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle. Sur la FIG. 1 , on a illustré un système électrique de bord qui comprend une batterie principale 1 et un convertisseur de tension 3 alimenté depuis la batterie principale par une première ligne d’alimentation 2. Le convertisseur de tension 3 est appelé dans le jargon « DCDC ». Dans une configuration typique, le convertisseur de tension présente une valeur de sortie en tension plus basse que son entrée (« step-down DCDC »), toutefois il n'est pas exclu d'avoir la configuration inverse (« step-up DCDC »). Dans le contexte présent, l'invention présentée ci-dessous est particulièrement pertinente dans le cas d’un convertisseur de tension de type quasi-résonant. Un convertisseur de tension de type quasi-résonant est un équipement connu en soi donc non décrit en détail ici, le lecteur pourra se référer par exemple au document US5903448. La batterie principale 1 peut être par exemple une batterie de traction capable de déplacer un véhicule en mode zéro émission. Le véhicule peut être un véhicule léger, un véhicule récréatif de loisirs, un véhicule de tourisme, un véhicule utilitaire, il n'y a pas de limite sur le type de véhicule qui peut être considéré. La tension nominale de la batterie principale peut être typiquement de 12 ou 24 volts sur un véhicule classique ou bien supérieure à 50 volts, le plus souvent supérieure à 100 volts pour un véhicule électrique. Un réseau primaire VR1 est alimenté directement depuis la batterie principale, il porte la tension Vsup de la batterie principale 1. La première ligne d'alimentation notée 2 fait partie du réseau primaire VR1. D'autres consommateurs peuvent être connectés au réseau primaire VR1. Un réseau secondaire VR2 est alimenté directement depuis la sortie 32 du convertisseur de tension 3. Le réseau secondaire VR2 peut comprendre une batterie auxiliaire de tension nominale en correspondance avec la tension nominale du réseau secondaire. Le réseau secondaire VR2 peut alimenter une pluralité de consommateurs auxiliaires. La première ligne d’alimentation 2 comprend une inductance 21 notée L2 et un filtre de lissage 22. Le filtre de lissage 22 est un filtre en Pi, avec une inductance série L1, une première capacité en amont C1 et une deuxième capacité en aval C2. Chaque capacité C1,C2 est interposée entre la ligne d’alimentation et la masse. Le courant qui rentre dans l’entrée 31 du convertisseur de tension est noté Is. Sur le chronogramme de la FIG. 2 , la courbe à mi-hauteur montre l'évolution du courant Is consommé par le convertisseur de tension. Il est prévu sur le convertisseur de tension une entrée d’activation repérée 33. Dans l'exemple illustré, lorsque l'entrée d'activation est à l'état bas, alors le convertisseur est activé et fonctionne, alors qu'à l'inverse, lorsque l'entrée d'activation est à l'état haut le convertisseur est désactivé et son fonctionnent est stoppé. La réactivité par rapport à l'entrée d'activation est immédiate. Avantageusement, le système selon la présente invention comprend un circuit de commande externe 4 du convertisseur, configuré pour sélectivement activer ou désactiver le fonctionnement du convertisseur de tension. Dans l'exemple illustré, on utilise un circuit analogique câblé. Plus précisément, dans ce cas, le circuit de commande externe 4 comprend un comparateur à hystérésis repéré 43. Le comparateur à hystérésis 43 comprend une entrée positive 42 (aussi appelé borne positive), une entrée négative 41 (aussi appelé borne négative) et une sortie 44. L’entrée positive 42 est reliée à la première ligne d'alimentation et reçoit par conséquent la tension instantanée Vsup qui prévaut sur la première ligne d'alimentation 2. La sortie 44 du convertisseur de tension est reliée à une ligne de commande CL4 qui active directement l'entrée d'activation 33 du convertisseur de tension. L’entrée négative 41 reçoit une tension notée VFm. Cette tension VFm représente la sortie d'un filtre passe-bas, par exemple un filtre RC. Plus précisément, il est prévu une résistance R4 dont la borne supérieure est raccordée à la première ligne d'alimentation et la borne inférieure est raccordée à l'entrée négative 41 du comparateur. Par ailleurs, un condensateur C4 est relié d'une part à l'entrée négative 41 du comparateur et d'autre part à la masse. Les composants R4 et C4 forment ainsi un filtre passe-bas analogique classique. On peut choisir les valeurs de capacité et de résistance pour avoir une constante de temps de l'ordre de 0.16 milliseconde, soit une fréquence de coupure de 1 kHz. C'est le point milieu entre les composants R4 et C4 qui constitue la sortie du filtre. Le principe de fonctionnement est le suivant. Le circuit de commande externe 4 du convertisseur désactive le fonctionnement du convertisseur de tension si une valeur de la tension instantanée Vsup de la première ligne d’alimentation passe en dessous d’un premier seuil VsLo. Le premier seuil VsLo peut être une valeur de tension prédéfinie. Le premier seuil VsLo peut être une valeur fonction d'une valeur issue d'une moyenne sur fenêtre glissante comme dans le cas de la sortie du filtre RC discuté ci-dessus. Dans ce cas, on peut dire que le premier seuil VsLo est flottant. Le circuit de commande externe 4 du convertisseur réactive le fonctionnement du convertisseur de tension si une valeur de la tension instantanée Vsup de la première ligne d’alimentation passe au-dessus d’un deuxième seuil VsHi. De façon similaire au premier, le deuxième seuil VsHi peut être une valeur de tension prédéfinie ou peut être une valeur fonction d'une valeur issue d'une moyenne sur fenêtre glissante comme dans le cas de la sortie du filtre RC discuté ci-dessus. Sur la FIG. 2 , la tension Vsup qui prévaut dans la première ligne d'alimentation 2 est initialement à la valeur Vsup0 avant tout appel de courant par le convertisseur de tension. Grâce à une ligne pointillée, on a représenté la tension moyennée VFm par le filtre R4-C4. Entre les instants t1 et t2 nous avons une première phase d'activation du convertisseur de tension. A l'instant t1, le comparateur 43 reçoit un ordre logique via sa ligne d'alimentation 40. Le courant qui passe dans la résistance R4 est nul, par conséquent l'entrée positive 42 et l'entrée négative 41 sont sensiblement à la même tension et la sortie du comparateur 44 est à l'état bas. A partir de l'instant t1, le courant Is consommé par le convertisseur augmente et la tension Vsup baisse. A l'instant t2, l'entrée positive 42 devient significativement plus basse que l'entrée négative 41 et la sortie du comparateur passe à l'état bas. Dès lors le fonctionnement du convertisseur est stoppé (CL4 est à OFF en logique). A partir de l'instant t2, la tension Vsup augmente. Grâce au filtre R4-C4, et à l'hystérésis du comparateur, la sortie 44 du comparateur reste à l'état bas, jusqu’à l'instant t3. A l'instant t3, l'entrée négative 41 devient significativement plus basse que l'entrée positive 42 et la sortie du comparateur passe à l'état haut, ce qui réactive le fonctionnement du convertisseur qui tire à nouveau du courant (CL4 est à l’état « ON » en logique). A partir de l'instant t3, le courant Is consommé par le convertisseur augmente et la tension Vsup baisse. A l'instant t4, l'entrée positive 42 devient significativement plus basse que l'entrée négative 41 et la sortie du comparateur passe à l'état bas. Dès lors le fonctionnement du convertisseur est stoppé. A partir de l'instant t4, la tension Vsup augmente. Grâce au filtre R4-C4, et à l'hystérésis du comparateur, la sortie 44 du comparateur reste à l'état bas, jusqu’à l'instant t5. A l'instant t5, l'entrée négative devient significativement plus basse que l'entrée positive et la sortie du comparateur passe à l'état haut, ce qui réactive le fonctionnement du convertisseur qui tire à nouveau du courant. A partir de l'instant t5, le courant Is consommé par le convertisseur augmente et la tension Vsup baisse. A l'instant t6, l'entrée positive devient significativement plus basse que l'entrée négative et la sortie du comparateur passe à l'état haut. Dès lors le fonctionnement du convertisseur est stoppé. A partir de l'instant t6, la tension Vsup augmente. Grâce au filtre R4-C4, et à l'hystérésis du comparateur, la sortie 44 du comparateur reste à l'état bas, jusqu’à l'instant t7. A l'instant t7, l'entrée négative 41 devient significativement plus basse que l'entrée positive 42 et la sortie du comparateur passe à l'état haut, ce qui réactive le fonctionnement du convertisseur qui tire à nouveau du courant. Selon la même logique, à l'instant t8, le fonctionnement du convertisseur est stoppé. Il est réactivé à l'instant t9 à partir duquel la tension Vsup ne redescend plus en dessous du premier seuil premier seuil VsLo. La séquence de mise en route du convertisseur est alors terminée. En alternative à la solution en logique câblée, il peut être prévu que le circuit de commande externe soit basé sur un microcontrôleur et une solution digitale qui peut rester assez simple, en réalisant un filtrage numérique et une comparaison numérique pour délivrer la sortie envoyée sur la ligne de commande CL4. À la FIG. 1 , il a été illustré une solution avec un seul comparateur. Il est aussi possible d'utiliser une solution avec deux comparateurs, un premier comparateur pour comparer Vsup à un seuil bas de basculement VsLo et un deuxième comparateur pour comparer Vsup à un seuil haut de basculement VsHi. Il peut être prévu une porte ET et/ou une porte OU en sortie des deux comparateurs pour aller activer la ligne de commande CL4. À propos de la logique d'activation et désactivation du convertisseur de tension ainsi que la logique de sortie du comparateur, il peut être nécessaire d'ajouter une porte inverseuse entre la sortie du comparateur et l'entrée d'activation du convertisseur de tension. De manière similaire, en fonction d’une configuration particulière d’intérêt, les bornes positive et négative peuvent être inversées selon la polarité de commande souhaitée du convertisseur. Grâce à la logique d'activation sélective du convertisseur de tension proposé ici, il est possible de dimensionner au plus juste l'inductance série 21 ainsi que le filtre pi 22, ce qui permet de réduire le coût de ces composants de puissance, et d'optimiser le coût global de la solution tout en améliorant ses performances en mutisme électromagnétique. Système électrique de bord comprenant au moins une batterie principale (1), un réseau primaire (VR1) directement alimenté depuis la batterie principale, un convertisseur de tension (3) alimentant un réseau secondaire (VR2), le convertisseur de tension étant alimenté depuis la batterie principale par une première ligne d’alimentation (2), la première ligne d’alimentation comprenant au moins un filtre de lissage (22), le système étant caractérisé en ce qu’il comprend un circuit de commande externe (4) du convertisseur, configuré pour sélectivement activer ou désactiver le fonctionnement du convertisseur de tension, de manière à minimiser la chute de tension sur le réseau primaire au moment de la mise en route du convertisseur de tension. Système électrique de bord selon la revendication 1, dans lequel le circuit de commande externe (4) du convertisseur est configuré pour désactiver le fonctionnement du convertisseur de tension si une valeur de la tension instantanée (Vsup) de la première ligne d’alimentation passe en dessous d’un premier seuil (VsLo). Système électrique de bord selon la revendication 2, dans lequel le circuit de commande externe (4) du convertisseur est configuré pour réactiver le fonctionnement du convertisseur de tension si la valeur de la tension instantanée (Vsup) de la première ligne d’alimentation passe au-dessus d’un deuxième seuil (VsHi). Système électrique de bord selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le circuit de commande externe (4) du convertisseur est un circuit numérique. Système électrique de bord selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le circuit de commande externe (4) du convertisseur est formé en logique câblée et comprend un comparateur à hystérésis. Système électrique de bord selon la revendication 5, dans lequel les premier et deuxième seuils (VsLo, VsHi) sont définis par rapport à une valeur lissée moyennée (VFm) de la première ligne d’alimentation. Système électrique de bord selon la revendication 5, dans lequel la borne positive du comparateur à hystérésis est connectée à la tension instantanée (Vsup) de la première ligne d’alimentation et la borne négative du comparateur à hystérésis est connectée à une sortie d’un filtre RC qui filtre la tension instantanée (Vsup) de la première ligne d’alimentation, ou la borne négative du comparateur à hystérésis est connectée à la tension instantanée (Vsup) de la première ligne d’alimentation et la borne positive du comparateur à hystérésis est connectée à une sortie d’un filtre RC qui filtre la tension instantanée (Vsup) de la première ligne d’alimentation. Système électrique de bord selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le convertisseur de tension est un convertisseur de tension quasi-résonant. Procédé mis en œuvre dans un système électrique de bord selon la revendication 1, le procédé prévoyant d’activer et de désactiver sélectivement le convertisseur de tension depuis un état inactif jusqu’à un état de fonctionnement établi, le procédé comprenant : - désactiver le fonctionnement du convertisseur de tension si une valeur de la tension instantanée (Vsup) de la première ligne d’alimentation passe en dessous d’un premier seuil (VsLo), - réactiver le fonctionnement du convertisseur de tension si la valeur de la tension instantanée (Vsup) de la première ligne d’alimentation passe au-dessus d’un deuxième seuil (VsHi). Véhicule comprenant au moins un système électrique de bord selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.