FR3074984A1 - Convertisseur continu-continu avec pre-charge d’un premier reseau electrique a partir d’un deuxieme reseau electrique - Google Patents

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Abstract

L'invention a pour objet un convertisseur continu-continu isolé (10), notamment pour véhicule automobile, comprenant - un premier circuit, relié à un premier réseau électrique (HV), et comprenant une branche primaire comprenant au moins une bobine inductive (L1, L2, L3, L4), un deuxième circuit, relié à un deuxième réseau électrique (LV), et comprenant une branche secondaire comprenant au moins une bobine inductive (L5, L6), chaque bobine inductive (L1, L2, L3, L4) de la branche primaire étant couplée à une bobine inductive (L5, L6) de la branche secondaire pour former un transformateur. Selon l'invention, ledit convertisseur comprend au moins une branche supplémentaire comprenant au moins une bobine inductive supplémentaire (L7, L8), ladite au moins une branche supplémentaire étant connectée au réseau électrique (HV), et ladite au moins une bobine inductive supplémentaire (L7, L8) étant couplée à une bobine inductive (L5, L6) de la branche secondaire de sorte que, selon un mode de fonctionnement, le convertisseur continu-continu isolé (10) transfère de l'énergie du réseau électrique embarqué basse tension (LV) vers le réseau électrique (HV), notamment à des fins de pré-charge.

Description

CONVERTISSEUR CONTINU-CONTINU AVEC PRE-CHARGE D’UN PREMIER RESEAU
ELECTRIQUE A PARTIR D’UN DEUXIEME RESEAU ELECTRIQUE
DOMAINE TECHNIQUE ET OBJET DE L’INVENTION [0001] La présente invention concerne un convertisseur de tension continue, en particulier pour véhicule électrique ou hybride. La présente invention se rapporte notamment au domaine des véhicules électriques ou hybrides.
[0002] Plus précisément, la présente invention a trait à un convertisseur continu-continu disposé entre un réseau électrique haute tension et un réseau électrique basse tension, ledit convertisseur étant notamment apte, au démarrage du réseau électrique haute tension, à précharger ledit réseau électrique haute tension par l’intermédiaire d’énergie délivrée par le réseau électrique basse tension. Notamment, les réseaux basse tension et haute tension sont embarqués dans un véhicule.
ETAT DE LA TECHNIQUE [0003] Comme cela est connu, un véhicule automobile électrique ou hybride comprend un système de motorisation électrique alimenté par une batterie d’alimentation haute tension via un réseau électrique embarqué haute tension et une pluralité d’équipements électriques auxiliaires alimentés par une batterie d’alimentation basse tension via un réseau électrique embarqué basse tension. Ainsi, la batterie d’alimentation haute tension assure une fonction d’alimentation en énergie du système de motorisation électrique permettant la propulsion du véhicule. La batterie d’alimentation basse tension alimente des équipements électriques auxiliaires, tels que des calculateurs embarqués, des moteurs de lève-vitres, un système multimédia, etc. La batterie d’alimentation haute tension délivre typiquement une tension comprise entre 100 V et 900 V, de préférence entre 100 V et 500 V, tandis que la batterie d’alimentation basse tension délivre typiquement une tension de l’ordre de 12 V, 24 V ou 48 V. Ces deux batteries d’alimentation haute et basse tension doivent pouvoir être chargées.
[0004] La recharge en énergie électrique de la batterie d’alimentation haute tension peut être réalisée de manière connue en la connectant, via le réseau électrique haute tension continue du véhicule, à un réseau électrique externe, par exemple le réseau électrique alternatif domestique.
[0005] Il est également connu de charger la batterie basse tension directement à partir de la batterie haute tension. A cette fin, la batterie haute tension est connectée à la batterie basse tension via un convertisseur de tension continue en tension continue, appelé communément convertisseur continu-continu, isolé galvaniquement.
[0006] La figure 1 représente un schéma bloc fonctionnel d’un système électrique embarqué de l’état de l’art. Un tel système comprend un chargeur électrique OBC chargé d’alimenter une batterie d’alimentation haute tension HB, typiquement dédiée à la propulsion d’un véhicule électrique ou hybride, et comprend en outre une batterie basse tension LB assurant l’alimentation d’équipements électriques dudit véhicule.
[0007] Afin de commander le moteur électrique ENG entraînant les roues du véhicule, il est connu d’utiliser un onduleur INV permettant de convertir le courant continu fourni par la batterie d’alimentation haute tension HB en un ou plusieurs courants de commande alternatifs, par exemple sinusoïdaux.
[0008] Toujours en référence à la figure 1, pour l’alimentation du réseau d’alimentation électrique haute tension du véhicule permettant notamment la charge de la batterie d’alimentation haute tension HB, le chargeur électrique OBC reçoit le courant issu d’un réseau d’alimentation électrique externe G1 alternatif, tel qu’un réseau d’alimentation électrique alternatif domestique, pour alimenter la batterie d’alimentation haute tension HB.
[0009] Enfin, toujours en référence à la figure 1, la charge de la batterie basse tension LB étant réalisée de manière connue par la batterie d’alimentation haute tension HB, le système comprend à cette fin un convertisseur continu-continu DCDC isolé, connecté entre la batterie d’alimentation haute tension HB et la batterie basse tension LB.
[0010] Dans ce contexte, lors de la mise sous tension du réseau électrique embarqué haute tension, c’est-à-dire, dans un véhicule électrique ou hybride, lorsque la batterie haute tension assure une fonction d’alimentation en énergie du système de motorisation électrique, comme cela est connu, il peut apparaître des courants d’appel, également désignés courants « in rush >> selon la terminologie en langue anglaise connue de l’homme du métier, potentiellement de forte intensité, préjudiciables pour les composants électroniques dudit réseau électrique embarqué haute tension car des surcourants entraînent à terme la réduction de la durée de vie des composants électroniques, en particulier des capacités, qui sont sur le réseau électrique embarqué haute tension.
[0011] Afin de pallier l’apparition de ces courants d’appel, il est nécessaire de pré-charger les composants capacitifs du réseau électrique embarqué haute tension. Dans l’état de la technique, des circuits dédiés à la pré-charge du réseau électrique embarqué haute tension sont mis en oeuvre.
[0012] De tels circuits de pré-charge comprennent des relais et des résistances spécialement configurés pour réaliser la pré-charge des composants capacitifs du réseau électrique embarqué haute tension, de sorte à atteindre une tension respective à leurs bornes permettant d’éviter l’apparition de courants d’appel préjudiciables.
[0013] Ces circuits de pré-charge utilisés dans l’état présentent cependant un coût élevé et suscitent des pertes.
[0014] La présente invention vise à pallier au moins en partie ces inconvénients, en proposant une solution alternative à la mise en oeuvre d’un circuit de pré-charge, dans le contexte présenté ci-dessus.
[0015] A cette fin, il est proposé un convertisseur continu-continu isolé apte à réaliser, selon un mode de fonctionnement particulier, la pré-charge d’un premier réseau électrique, notamment embarqué haute tension, à partir d’un deuxième réseau électrique, notamment embarqué basse tension. Pour y parvenir, on modifie un convertisseur continu-continu isolé galvaniquement et comprenant un premier circuit et un deuxième circuit, avec chacun des bobines inductives commandées par des interrupteurs. Dans un tel convertisseur continu-continu isolé, chaque bobine inductive du premier circuit - ou circuit primaire - est couplée à une bobine du deuxième circuit - ou circuit secondaire -, formant au moins un transformateur réalisant un circuit magnétique par lequel de l’énergie est transférée du premier réseau électrique au deuxième réseau électrique. En particulier pour rappel, le réseau électrique embarqué haute tension, dans un véhicule électrique ou hybride, est connecté à une batterie haute tension assurant une fonction d’alimentation en énergie du système de motorisation électrique dudit véhicule. Le réseau électrique embarqué basse tension, toujours dans un véhicule, alimente une pluralité d’équipements embarqués dudit véhicule.
[0016] Selon l’invention, le convertisseur continu-continu isolé comporte en outre une branche supplémentaire comprenant une bobine inductive supplémentaire dimensionnée pour, en réalisant un circuit magnétique avec au moins une bobine inductive du deuxième circuit dudit convertisseur, transférer de l’énergie du premier réseau électrique au deuxième réseau électrique de façon à réaliser la pré-charge dudit premier réseau électrique.
PRESENTATION GENERALE DE L’INVENTION [0017] A cet effet, l’invention concerne un convertisseur continu-continu isolé, notamment pour véhicule automobile, comprenant :
- une première borne d’interface destinée à être reliée à un premier réseau électrique,
- une deuxième borne d’interface destinée à être reliée à un deuxième réseau électrique,
- un premier circuit, relié à la première borne d’interface, et comprenant au moins une branche primaire comprenant au moins une bobine inductive,
- un deuxième circuit, relié à la deuxième borne d’interface, et comprenant une branche secondaire comprenant au moins une bobine inductive, chaque bobine inductive de ladite au moins une branche primaire étant couplée à une bobine inductive de la branche secondaire pour former au moins un transformateur, de sorte que, selon un premier mode de fonctionnement, le convertisseur continu-continu isolé est configuré pour transférer de l’énergie du premier réseau électrique vers le deuxième réseau électrique, par l’intermédiaire du premier et du deuxième circuits, via le(s) circuit(s) magnétique(s) formé(s) par les bobines inductives couplées de la branche primaire et de la branche secondaire. Ledit convertisseur continu-continu isolé est remarquable en ce qu’il comprend au moins une branche supplémentaire comprenant au moins une bobine inductive supplémentaire, ladite au moins une branche supplémentaire étant connectée à la première borne d’interface, et ladite au moins une bobine inductive supplémentaire étant couplée à une bobine inductive de la branche secondaire, de sorte que, selon un deuxième mode de fonctionnement, le convertisseur est configuré pour transférer de l’énergie du deuxième réseau électrique vers le premier réseau électrique, par l’intermédiaire du deuxième circuit et de la branche supplémentaire, via ladite au moins une bobine inductive de la branche secondaire et ladite au moins une inductance supplémentaire de la branche supplémentaire.
[0018] Au moyen de cette branche supplémentaire, configurée de manière adaptée, le convertisseur continu-continu isolé selon l’invention assure une fonction de pré-charge du premier réseau électrique, en particulier d’un réseau électrique embarqué haute tension.
[0019] Selon un mode de réalisation, la branche supplémentaire est configurée pour inhiber tout transfert d’énergie du deuxième réseau électrique vers le premier réseau électrique lorsque le premier mode de fonctionnement est actif.
[0020] Avantageusement, la branche supplémentaire comprend un interrupteur unidirectionnel ou bidirectionnel de manière à ouvrir la branche supplémentaire lorsque le premier mode de fonctionnement est actif.
[0021] Avantageusement, le premier circuit et le deuxième circuit comprennent des interrupteurs pour commander chaque bobine inductive.
[0022] Selon une forme de réalisation, le premier circuit comprend deux branches primaires comprenant chacune deux bobines inductives et le deuxième circuit comprend une branche secondaire comprenant deux bobines inductives, les bobines inductives de chaque branche primaire étant couplées par paire et respectivement avec une bobine inductive de la branche secondaire, de façon à former deux transformateurs présentant chacun trois bobines inductives.
[0023] Selon une forme de réalisation, le convertisseur continu-continu selon l’invention comprend une unique branche supplémentaire présentant une bobine inductive supplémentaire couplée avec la bobine inductive de la branche secondaire du deuxième circuit appartenant au premier transformateur, ou avec la bobine inductive de la branche secondaire appartenant au deuxième transformateur, ou comprenant deux branches supplémentaires présentant chacune une bobine inductive supplémentaire, la bobine inductive supplémentaire de l’une des branches supplémentaires étant couplée avec l’une des bobines inductives de la branche secondaire et l’autre desdites bobines inductives supplémentaires étant couplée avec l’autre desdites bobines inductives de la branche secondaire.
[0024] Dans un véhicule automobile, le premier réseau électrique est un réseau électrique haute tension et le deuxième réseau électrique est un réseau électrique basse tension. Une batterie haute tension est connectée sur le réseau électrique haute tension et une batterie basse tension est connectée sur le réseau électrique basse tension.
[0025] La présente invention vise aussi un procédé de pré-charge d’un premier réseau électrique à partir d’énergie issue d’un deuxième réseau électrique, lors du démarrage dudit premier réseau électrique, au moyen de la mise en oeuvre d’un convertisseur continu-continu isolé tel que brièvement décrit ci-dessus, dont la première borne d’interface est connectée au premier réseau électrique et dont la deuxième borne d’interface est connectée au deuxième réseau électrique, le convertisseur continu-continu isolé étant mis en oeuvre dans le deuxième mode de fonctionnement.
[0026] La présente invention vise aussi un procédé de décharge d’un premier réseau électrique lors d’une déconnexion dudit premier réseau électrique, ledit premier réseau électrique comprenant, lors de ladite déconnexion, au moins une capacité chargée, ladite décharge comprenant la mise en oeuvre d’un convertisseur continu-continu isolé tel que brièvement décrit ci-dessus, dont la première borne d’interface est connectée au premier réseau électrique et dont la deuxième borne d’interface est connectée au deuxième réseau électrique, le convertisseur continu-continu isolé, et dans lequel l’interrupteur de la branche supplémentaire est bidirectionnel, le convertisseur continu-continu isolé étant mis en oeuvre selon un troisième mode de fonctionnement dans lequel l’énergie stockée dans ladite au moins une capacité chargée est transférée au deuxième réseau électrique par l’intermédiaire dudit au moins un transformateur supplémentaire formé de ladite au moins une bobine inductive supplémentaire et d’une bobine inductive de la branche secondaire, pour décharger ladite au moins une capacité chargée.
[0027] Avantageusement, l’énergie transférée au deuxième circuit pendant la décharge de ladite au moins une capacité est utilisée pour charger une batterie connectée sur ledit deuxième réseau électrique.
[0028] La présente invention vise par ailleurs un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant un premier réseau électrique et un deuxième réseau électrique, une batterie haute tension reliée audit premier réseau électrique et une batterie basse tension reliée audit deuxième réseau électrique, ledit véhicule comprenant par ailleurs un convertisseur continu-continu isolé tel que brièvement décrit ci-dessus, connecté entre ledit premier réseau électrique et ledit réseau deuxième électrique.
[0029] Un tel véhicule électrique ou hybride comprend un système de motorisation électrique alimenté par la batterie d’alimentation haute tension via le premier réseau électrique, une pluralité d’équipements électriques auxiliaires alimentés par la batterie d’alimentation basse tension via le deuxième réseau électrique.
PRESENTATION DES FIGURES [0030] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels :
- la figure 1 (déjà commentée) illustre un schéma bloc fonctionnel d’un système électrique connu, embarqué dans un véhicule électrique ou hybride,
- la figure 2 illustre un convertisseur continu-continu isolé selon l’état de l’art, la figure 3 illustre une première forme de réalisation d’un convertisseur continu-continu isolé selon l’invention, la figure 4 illustre une deuxième forme de réalisation d’un convertisseur continu-continu isolé selon l’invention, la figure 5 montre une troisième forme de réalisation d’un convertisseur continu-continu selon l’invention, la figure 6 montre un autre exemple d’un convertisseur continu-continu selon l’invention.
[0031] Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en oeuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION [0032] Dans la description qui sera faite ci-après, on parlera d’une mise en oeuvre de l’invention dans un véhicule automobile électrique ou hybride. Cela ne doit cependant pas être interprété de façon restrictive, l’invention pouvant notamment être mise en oeuvre dans tout type de véhicule.
[0033] Un véhicule électrique ou hybride comprend une batterie d’alimentation haute tension, un système de motorisation électrique, un réseau électrique embarqué haute tension, une batterie d’alimentation basse tension, un réseau électrique embarqué basse tension et une pluralité d’équipements électriques auxiliaires.
[0034] Le réseau électrique embarqué haute tension relie la batterie d’alimentation haute tension et le système de motorisation électrique afin que la batterie d’alimentation haute tension assure une fonction d’alimentation en énergie du système de motorisation électrique permettant la propulsion du véhicule. Comme décrit précédemment, la batterie d’alimentation haute tension délivre typiquement une tension comprise entre 100 V et 900 V, de préférence entre 100 V et 500 V.
[0035] Le réseau électrique embarqué basse tension relie la batterie d’alimentation basse tension et la pluralité d’équipements électriques auxiliaires afin que la batterie d’alimentation basse tension alimente les équipements électriques auxiliaires, tels que des calculateurs embarqués, des moteurs de lève-vitres, un système multimédia, etc. Comme cela est connu, la batterie d’alimentation basse tension délivre typiquement une tension de l’ordre de 12 V, 24 V ou 48 V.
[0036] La recharge en énergie électrique de la batterie d’alimentation haute tension peut être réalisée en la connectant, via un réseau électrique haute tension continue du véhicule, à un réseau électrique externe, par exemple le réseau électrique alternatif domestique.
[0037] La recharge de la batterie basse tension est réalisée directement à partir de la batterie haute tension. A cette fin, la batterie haute tension est connectée à la batterie basse tension via un convertisseur continu-continu.
[0038] Les figures 2 à 5 représentent différents schémas électroniques correspondant à un convertisseur continu-continu isolé 1, 10, 11, 12 connecté entre un premier réseau électrique embarqué HV, haute tension, et un deuxième réseau électrique embarqué LV, basse tension.
[0039] La figure 2 correspond au schéma électronique d’un convertisseur continu-continu isolé selon l’état de l’art tandis que les figures 3 à 5 représentent différentes formes de réalisation du convertisseur continu-continu isolé selon l’invention.
[0040] Comme expliqué précédemment, le convertisseur continu-continu 1,10,11,12a pour fonction la conversion, éventuellement réversible, d’une haute tension continue en une basse tension continue. La haute tension, typiquement comprise entre 10 V et 500 V, est délivrée aux bornes du réseau électrique embarqué haute tension HV ou issue de celles-ci. La basse tension, typiquement égale à environ 12 V, 24 V ou 48 V est délivrée aux bornes du réseau électrique embarqué basse tension LV ou issue de celles-ci.
[0041] A cette fin, comme expliqué précédemment, on configure le rapport de conversion entre une tension d’entrée et une tension de sortie des transformateurs constitués des bobines inductives couplées L1, L3 et L5 d’une part, formant un premier transformateur T1, et des bobines inductives couplées L2, L4 et L6 d’autre part, formant un deuxième transformateur T2, les bobines inductives L1 et L2 étant connectées en série sur une première branche du premier circuit - ou circuit primaire -, les bobines inductives L3 et L4 étant connectées en série sur une deuxième branche du premier circuit, et les bobines inductives L5 et L6 étant connectées en série sur une branche du deuxième circuit- ou circuit secondaire.
[0042] Le circuit primaire comprend les bobines inductives L1, L2, L3, L4 et des interrupteurs Q3, Q4 qui contribuent au contrôle de l’énergie échangée entre le circuit primaire et le circuit secondaire. Au circuit secondaire, l’interrupteur Q6 est connecté entre une masse électrique et une borne de la bobine inductive L6 afin de contrôler l’énergie circulant dans la bobine L6. L’interrupteur Q5 est connecté entre une masse électrique et une borne de la bobine inductive L5 afin de contrôler l’énergie circulant dans la bobine L5. Les interrupteurs Q5, Q6 du circuit secondaire forment ainsi un circuit redresseur synchrone.
[0043] Une capacité C3 est connectée entre la première branche et la deuxième branche du premier circuit. En particulier, la capacité C3 est connectée entre deux bornes respectives des interrupteurs Q3, Q4 contrôlant les énergies des bobines inductives L1, L2 de la première branche du premier circuit et L3, L4 de la deuxième branche du premier circuit, respectivement. L’autre borne de l’interrupteur Q3 est en outre reliée à une autre capacité C2. La capacité C2 a une fonction de source de tension pour le circuit primaire du premier circuit. La capacité C2 est connectée d’une part à la borne de l’interrupteur Q3 et d’autre part à une masse, notamment la masse du premier circuit. Une inductance LO est par ailleurs connectée entre un nœud auquel sont reliés la capacité C3 et l’interrupteur Q4 et un point milieu auquel sont connectées deux bornes respectives d’interrupteurs Q1, Q2 connectés en entrée du convertisseur continu-continu isolé 1, 10, 11, 12. L’autre borne de l’interrupteur d’entrée Q1 est par ailleurs connectée à une première borne d’interface du convertisseur continu-continu isolé 10, 11, 12. La première borne d’interface est connectée au réseau électrique embarqué haute tension HV. L’autre borne de l’interrupteur d’entrée Q2 est par ailleurs connectée à une masse électrique, notamment une masse électrique du premier circuit du convertisseur continu-continu isolé 10, 11, 12.
L’inductance LO, les capacités C3, C2, les interrupteurs Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 et les bobines inductives des circuits primaire et secondaire forment ainsi un circuit convertisseur de tension. Les interrupteurs Q1, Q2 forment un demi-pont en H permettant de fournir aux premier et deuxième transformateurs une tension plus faible que la tension délivrée par le réseau électrique embarqué haute tension HV à ses bornes d’interface.
[0044] Alternativement, l’inductance L0 pourrait être connectée entre le nœud auquel sont reliés la capacité C2 et l’interrupteur Q3 et le point milieu auquel sont connectés les interrupteurs Q1, Q2 connectés en entrée du convertisseur continu-continu isolé 1, 10, 11, 12, par exemple comme illustré en figure 6, de façon similaire par ailleurs à l’exemple de la figure 3. En figures 4 et 5, l’inductance L0 pourrait également être connectée de cette façon.
[0045] De préférence, lesdits interrupteurs Q1 à Q6 sont des MOSFETS, notamment des MOSFETS à commutation douce, c’est-à-dire aptes à commuter à tension nulle, autrement désigné ZVS pour « Zéro Voltage Switching >>.
[0046] Selon un premier mode de fonctionnement du convertisseur continu-continu isolé 1, 10, 11, 12, de l’énergie est transférée du réseau électrique embarqué haute tension HV vers le réseau électrique embarqué basse tension LV lorsque ledit réseau électrique embarqué haute tension HV est actif, c’est-à-dire lorsqu’une batterie haute tension (non représentée) délivre une haute tension à ses bornes, en vue de fournir de l’énergie pour charger une batterie basse tension (non représentée) connectée sur le réseau électrique embarqué basse tension LV. A cette fin, un module de commande contrôle les interrupteurs Q1, Q2, Q3, Q4 de façon à alternativement stocker de l’énergie dans les bobines inductives L1 et L3 et dans les bobines inductives L2 et L4, sur une partie de la période correspondante, pour la transférer au deuxième circuit, respectivement aux bobines inductives L5 et L6 sur une partie complémentaire de la période. Notamment, le module de commande contrôle les interrupteurs Q1, Q2, Q3, Q4 en leur délivrant des signaux PWM (« Puise Width Modulation »). En particulier, les signaux délivrés aux interrupteurs Q1, Q2 ont un rapport cyclique variable et les signaux délivrés aux interrupteurs Q3, Q4 ont des rapports cycliques constants. Dans le premier mode de fonctionnement, le convertisseur convertit la tension du réseau haute tension HV vers le réseau basse tension LV en faisant varier le rapport cyclique des interrupteurs Q1, Q2 tout en maintenant constant le rapport cyclique des interrupteurs Q3, Q4. Cependant, le convertisseur pourrait fonctionner différemment, par exemple en faisant varier tous les rapports cycliques.
[0047] Il est à noter que ce fonctionnement à partir de deux transformateurs en parallèle commandés alternativement n’est pas obligatoire car il est possible de fonctionner avec un seul transformateur isolé. Cependant, l’utilisation de deux transformateurs en parallèle commandés alternativement permet de recourir à des composants électroniques plus petits (diodes, interrupteurs, capacités), donc moins encombrants et souvent moins coûteux, car la puissance maximale transférée par chaque transformateur alternativement est réduite de moitié. Dans le cadre d’une mise en oeuvre dans un véhicule automobile, la puissance maximale correspondant à l’énergie transférée serait environ égale à 400 W par transformateur dans le cas où deux transformateurs en parallèle sont utilisés, contre 800 W pour un transformateur unique.
[0048] Entre les bornes d’interface du réseau électrique embarqué haute tension HV, une capacité d’entrée C1 du réseau HV se charge au démarrage du réseau électrique embarqué haute tension HV.
[0049] La présente invention permet d’assurer la pré-charge de ladite capacité d’entrée C1 lors du démarrage du réseau électrique embarqué haute tension HV, permettant d’éviter la circulation de courants d’appel.
[0050] Une capacité d’entrée C4 du réseau électrique embarqué basse tension LV est également prévue, connectée entre une deuxième borne d’interface du convertisseur continucontinu isolé 10, 11, 12 et une masse électrique, notamment une masse électrique du deuxième circuit du convertisseur continu-continu isolé 10, 11, 12.
[0051] Dans le premier mode de fonctionnement, l’énergie transférée du réseau électrique embarqué haute tension HV au réseau électrique embarqué basse tension LV permet notamment le chargement d’une batterie basse tension (non représentée) connectée audit réseau électrique embarqué basse tension LV.
[0052] Le convertisseur continu-continu isolé selon l’invention permet la mise en oeuvre d’un deuxième mode de fonctionnement, voire d’un troisième mode de fonctionnement. Trois formes de réalisation du convertisseur continu-continu isolé selon l’invention sont représentées sur les figures 3 à 5.
[0053] A cette fin, le convertisseur continu-continu isolé 10, 11, 12 comporte au moins une branche supplémentaire comprenant une bobine inductive supplémentaire L7, L8. Ladite au moins une branche supplémentaire s’étend entre une masse électrique et la première borne d’interface du convertisseur continu-continu isolé 10,11,12. Ladite au moins une bobine inductive supplémentaire L7, L8 est couplée respectivement à une bobine du deuxième circuit L5, L6, apte à transférer de l’énergie du réseau électrique embarqué basse tension LV au réseau électrique embarqué haute tension HV. A cette fin, un module de commande contrôle les interrupteurs Q5, Q6, notamment par un signal PWM à fréquence fixe, de façon à stocker de l’énergie dans les bobines inductives L5 et/ou L6, sur une partie de la période correspondante, pour la transférer à ladite au moins une bobine inductive supplémentaire L7, L8, et donc au réseau électrique embarqué haute tension HV, sur une partie complémentaire de la période.
[0054] Le rapport de transformation du transformateur supplémentaire, autrement dit le rapport entre la tension en entrée, correspondant à la tension délivrée par le réseau électrique embarqué basse tension LV, et la tension de sortie, correspondant à la tension délivrée au réseau électrique embarqué haute tension HV, en particulier aux bornes de la capacité d’entrée C1 dudit réseau électrique embarqué haute tension HV, est configuré pour permettre le chargement de ladite capacité d’entrée C1 du réseau électrique embarqué haute tension HV en un temps maximum prédéfini.
[0055] Plus généralement, le transformateur supplémentaire est configuré pour pré-charger le réseau électrique embarqué haute tension HV, en particulier en un temps maximum prédéfini. Dans le contexte d’une mise en oeuvre dans un véhicule, la capacité du réseau électrique embarqué haute tension à pré-charger présente une valeur d’environ 2 mF à charger en moins de 200 ms. Grâce à cette pré-charge, on évite la circulation de courant d’appel au démarrage du réseau électrique embarqué haute tension HV.
[0056] La branche supplémentaire est configurée pour inhiber tout transfert d’énergie par ladite au moins une branche supplémentaire lorsque le premier mode de fonctionnement est actif, c’est-à-dire lorsque de l’énergie est transférée via le convertisseur continu-continu isolé 10, 11, 12 du réseau électrique embarqué haute tension HV au réseau électrique embarqué basse tension LV. Par exemple, le rapport de transformation entre la bobine inductive L5 et la bobine inductive supplémentaire L7 et/ou, respectivement, entre la bobine inductive L6 et la bobine inductive supplémentaire L8, est choisi de manière à éviter que le deuxième mode de fonctionnement puisse être actif lorsque le premier mode de fonctionnement est déjà actif. En particulier, le rapport de transformation entre la bobine inductive L5 et la bobine inductive supplémentaire L7 est égal à 10. Lorsque la tension du réseau électrique basse tension LV est égale à 16 V, alors la tension aux bornes de l’inductance supplémentaire L7 est égale à 160 V. Si la tension du réseau électrique haute tension HV est comprise entre 210V et 500V, alors cette tension est supérieure à la tension aux bornes de la bobine inductive supplémentaire L7, la diode intrinsèque de l’interrupteur Q7 est bloquante, l’interrupteur Q7 lui-même étant ouvert. Ainsi, il n’y a pas de transfert d’énergie du circuit secondaire vers la bobine inductive supplémentaire L7.
[0057] Afin de réaliser l’inhibition décrite ci-dessus, la branche supplémentaire peut comprendre aussi, dans les modes de réalisation représentés sur les figures 3 à 5, un interrupteur Q7, Q8 connecté entre une borne de chaque bobine inductive supplémentaire L7, L8 et une masse électrique ou entre une borne de chaque bobine inductive supplémentaire L7, L8 et la première borne d’interface du convertisseur continu-continu isolé. Chaque interrupteur peut être unidirectionnel, par exemple une diode (non représentée), ou un interrupteur bidirectionnel, tel qu’un transistor Q7, Q8, par exemple un transistor MOSFET.
[0058] En référence à la figure 3, le convertisseur continu-continu isolé 10 comporte ainsi deux branches supplémentaires comprenant respectivement une bobine inductive supplémentaire L7, L8. Chaque branche supplémentaire relie une borne d’interface du réseau électrique embarqué haute tension HV et une masse électrique. Les bobines inductives L7, L8 peuvent fonctionner de manière entrelacée avec les deux bobines inductives L5, L6 du circuit secondaire.
[0059] Sur chaque branche supplémentaire, une bobine inductive L7, L8 présente une borne reliée à une borne d’interface du réseau électrique embarqué haute tension HV et une borne reliée à une borne d’un interrupteur Q7, Q8 qui la commande, l’autre borne dudit interrupteur Q7, Q8 étant connectée à une masse électrique.
[0060] Chaque bobine inductive supplémentaire L7, L8 est couplée à une bobine inductive respective L5, L6 du deuxième circuit, formant deux transformateurs supplémentaires commandés respectivement par les interrupteurs Q5, Q6, Q7, Q8 et réalisant deux circuits magnétiques supplémentaires aptes à transférer de l’énergie du réseau électrique embarqué basse tension LV au réseau électrique embarqué haute tension HV, en particulier à des fins de pré-charge, notamment de la capacité C1.
[0061] Dans le mode de réalisation représenté à la figure 4, le convertisseur continu-continu isolé 11 comprend une seule branche supplémentaire comprenant une bobine inductive supplémentaire L7 couplée à la bobine inductive L5 du deuxième circuit appartenant par ailleurs au premier transformateur. Les bobines inductives couplées L5, L7 forment un transformateur supplémentaire réalisant un circuit magnétique supplémentaire apte à transférer de l’énergie du réseau électrique embarqué basse tension LV au réseau électrique embarqué haute tension HV, en particulier à des fins de pré-charge, notamment de la capacité C1.
[0062] De façon correspondante, dans le mode de réalisation représenté à la figure 5, le convertisseur continu-continu isolé 12 comprend une seule branche supplémentaire comprenant une bobine inductive supplémentaire L8 couplée à la bobine inductive L6 du deuxième circuit appartenant par ailleurs au deuxième transformateur. Les bobines inductives couplées L6, L8 forment un transformateur supplémentaire réalisant un circuit magnétique supplémentaire apte à transférer de l’énergie du réseau électrique embarqué basse tension LV au réseau électrique embarqué haute tension HV, en particulier à des fins de pré-charge.
[0063] Comme cela a été décrit précédemment, il est possible de remplacer les interrupteurs Q7 et/ou Q8, selon le mode de réalisation, par des diodes (non représentées) assurant la fonction d’interrupteur unidirectionnel respectivement connectées entre une borne de la bobine inductive L7, L8 et une borne d’interface du réseau électrique embarqué haute tension HV. De telles diodes ont pour fonction d’inhiber tout transfert d’énergie, via la (les) branche(s) supplémentaire(s), du réseau électrique embarqué haute tension HV vers le réseau électrique embarqué basse tension LV. Ces diodes ont notamment leur borne cathode orientée vers la première borne d’interface du convertisseur continu-continu isolé.
[0064] L’utilisation d’interrupteurs Q7, Q8, bidirectionnels de type MOSFETs, permet avantageusement la mise en œuvre d‘un troisième mode de fonctionnement du convertisseur continu-continu isolé 10, 11, 12 selon l’invention. Selon ce troisième mode de fonctionnement, à la déconnexion du réseau électrique embarqué haute tension HV, le premier mode de fonctionnement devenant inactif, lesdits interrupteurs Q7, Q8 sont commandés à l’état passant dans le sens d’un transfert d’énergie du réseau électrique embarqué haute tension HV (en cours d’extinction) vers le réseau électrique embarqué basse tension LV sur lequel est connecté une batterie basse tension. Ce transfert d’énergie permet la décharge passive ou active des capacités du réseau électrique embarqué haute tension HV, en particulier de la capacité d’entrée C1, lors de la déconnexion dudit réseau électrique embarqué haute tension HV.
[0065] D’une part le deuxième circuit comprenant les bobines inductives L5, L6 et les interrupteurs bidirectionnels Q5, Q6 et d’autre part ladite au moins une branche supplémentaire comprenant respectivement une bobine inductive supplémentaire L7, L8 et un interrupteur bidirectionnel Q7, Q8 forment alors un convertisseur de tension continue en tension continue bidirectionnel.
[0066] Avantageusement, l’énergie ainsi récupérée par le réseau électrique embarqué basse tension LV peut permettre le chargement d’une batterie basse tension connectée audit réseau électrique embarqué basse tension LV.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Convertisseur continu-continu isolé (10, 11, 12), notamment pour véhicule automobile, comprenant :
    - une première borne d’interface destinée à être reliée à un premier réseau électrique (HV),
    - une deuxième borne d’interface destinée à être reliée à un deuxième réseau électrique (LV),
    - un premier circuit, relié à la première borne d’interface, et comprenant au moins une branche primaire comprenant au moins une bobine inductive (L1, L2, L3, L4),
    - un deuxième circuit, relié à la deuxième borne d’interface, et comprenant une branche secondaire comprenant au moins une bobine inductive (L5, L6), chaque bobine inductive (L1, L2, L3, L4) de ladite au moins une branche primaire étant couplée à une bobine inductive (L5, L6) de la branche secondaire pour former au moins un transformateur, de sorte que, selon un premier mode de fonctionnement, le convertisseur continu-continu isolé (10, 1, 12) est configuré pour transférer de l’énergie du premier réseau électrique (HV) vers le deuxième réseau électrique (LV), par l’intermédiaire du premier et du deuxième circuits, via le(s) circuit(s) magnétique(s) formé(s) par les bobines inductives couplées (L1, L3, L5 : L2, L4, L6) de la branche primaire et de la branche secondaire, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une branche supplémentaire comprenant au moins une bobine inductive supplémentaire (L7, L8), ladite au moins une branche supplémentaire étant connectée à la première borne d’interface, et ladite au moins une bobine inductive supplémentaire (L7, L8) étant couplée à une bobine inductive (L5, L6) de la branche secondaire, de sorte que, selon un deuxième mode de fonctionnement, le convertisseur continucontinu isolé (10, 11, 12) est configuré pour transférer de l’énergie du deuxième réseau électrique (LV) vers le premier réseau électrique (HV), par l’intermédiaire du deuxième circuit et de la branche supplémentaire, via ladite au moins une bobine inductive (L5, L6) de la branche secondaire et ladite au moins une inductance supplémentaire (L7, L8) de la branche supplémentaire.
  2. 2. Convertisseur continu-continu selon la revendication 1, dans lequel la branche supplémentaire est configurée pour inhiber tout transfert d’énergie du deuxième réseau électrique (LV) vers le premier réseau électrique (HV) lorsque le premier mode de fonctionnement est actif.
  3. 3. Convertisseur continu-continu isolé selon la revendication précédente, dans lequel la branche supplémentaire comprend un interrupteur (Q7, Q8) unidirectionnel ou bidirectionnel de manière à ouvrir la branche supplémentaire lorsque le premier mode de fonctionnement est actif.
  4. 4. Convertisseur continu-continu selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier circuit et le deuxième circuit comprennent des interrupteurs (Q3, Q4, Q5, Q6) pour contrôler l’énergie circulant dans chaque bobine inductive (L1, L2, L3, L4, L5, L6).
  5. 5. Convertisseur continu-continu selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier circuit comprend deux branches primaires comprenant chacune deux bobines inductive (L1, L2 ; L3, L4) et le deuxième circuit comprend une branche secondaire comprenant deux bobines inductives (L5, L6), les bobines inductives (L1, L2, L3, L4) de chaque branche primaire étant couplée par paire et respectivement avec une bobine inductive (L5, L6) de la branche secondaire, de façon à former deux transformateurs présentant chacun trois bobines inductives (L1, L3, L5 ; L2, L4, L6).
  6. 6. Convertisseur continu-continu selon la revendication précédente, comprenant une unique branche supplémentaire présentant une bobine inductive supplémentaire (L7, L8) couplée avec la bobine inductive (L5) de la branche secondaire du deuxième circuit appartenant au premier transformateur, ou avec la bobine inductive (L6) de la branche secondaire appartenant au deuxième transformateur, ou comprenant deux branches supplémentaires présentant chacune une bobine inductive supplémentaire (L7, L8), la bobine inductive supplémentaire (L7) de l’une des branches supplémentaires étant couplée avec l’une des bobines inductives (L5) de la branche secondaire et l’autre desdites bobines inductives supplémentaires (L8) étant couplée avec l’autre desdites bobines inductives (L6) de la branche secondaire.
  7. 7. Procédé de pré-charge d’un premier réseau électrique (HV) à partir d’énergie issue d’un deuxième réseau électrique (LV), lors du démarrage dudit premier réseau électrique (HV), au moyen de la mise en oeuvre d’un convertisseur continu-continu isolé (10, 11, 12) selon l’une des revendications précédentes, dont la première borne d’interface est connectée au premier réseau électrique (HV) et dont la deuxième borne d’interface est connectée au deuxième réseau électrique (LV), le convertisseur continu-continu isolé (10, 11, 12) étant mis en oeuvre selon ledit deuxième mode de fonctionnement.
  8. 8. Procédé de décharge d’un premier réseau électrique (HV) dans un deuxième réseau électrique (LV) lors d’une déconnexion dudit premier réseau électrique (HV), ledit premier réseau électrique (HV) comprenant, lors de ladite déconnexion, au moins une capacité (C1) chargée, ladite décharge comprenant la mise en oeuvre d’un convertisseur continu-continu isolé (10, 11, 12) selon une des revendications 1 à 6 combinées à la revendication 3, dont la première borne d’interface est connectée au premier réseau électrique (HV) et dont la deuxième borne d’interface est connectée au deuxième réseau électrique (LV), le convertisseur continu-continu isolé (10, 11, 12) et dans lequel l’interrupteur de la branche supplémentaire est bidirectionnel, le convertisseur continu-continu isolé (10, 11, 12) étant mis en oeuvre selon un troisième mode de fonctionnement dans lequel l’énergie stockée dans ladite au moins une capacité (C1) chargée est transférée au deuxième réseau électrique (LV) par l’intermédiaire dudit au moins un transformateur supplémentaire formé de ladite au moins une bobine inductive supplémentaire (L7, L8) et d’une bobine inductive (L5, L6) de la branche secondaire, pour décharger ladite au moins une capacité (C1) chargée.
  9. 9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’énergie transférée au deuxième circuit pendant la décharge de ladite au moins une capacité (C1 ) est utilisée pour charger une batterie connectée sur ledit deuxième réseau électrique (LV).
  10. 10. Véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant un premier réseau électrique embarqué dit réseau électrique embarqué haute tension (HV) et un deuxième réseau électrique embarqué dit réseau électrique embarqué basse tension (LV), une batterie haute tension reliée audit réseau électrique embarqué haute tension (HV) et une batterie basse tension reliée audit réseau électrique embarqué basse tension (LV), ledit véhicule comprenant par ailleurs un convertisseur continu-continu isolé (10, 11, 12) selon l’une des revendications 1 à 6, connecté entre ledit réseau électrique embarqué haute tension (HV) et ledit réseau électrique embarqué basse tension (LV).
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