FR3078509A1 - Boîtier dit « Power Box » intégré pour véhicule automobile et véhicule associé - Google Patents

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Fabian Grill
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

Boîtier dit « Power Box » intégré pour véhicule automobile et véhicule associé L'invention concerne un agencement de puissance (10) pour un véhicule comprenant un chargeur AC (12) pour une tension AC extérieure et pour fournir une tension continue HV, un dispositif de régulation HV (14) pour la régulation d'un accumulateur de batterie HV, un convertisseur DC/DC (16) pour convertir la tension continue HV en une tension de réseau de bord, et une distribution de tension HV (18), le chargeur AC (12) étant réalisé avec une technique à semi-conducteurs sans isolation galvanique et l'agencement de puissance (10) présentant un boîtier (22) dans lequel sont disposés le chargeur AC (12), le dispositif de régulation HV (14), le convertisseur DC/DC (16) et la distribution de tension HV (18) en formant un boîtier intégré (20). L'invention concerne en outre un véhicule comprenant un tel agencement de puissance (10). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

Description
Titre de l'invention : Boîtier dit « Power Box » intégré pour véhicule automobile et véhicule associé [0001] La présente invention concerne un agencement de puissance pour un véhicule comprenant un chargeur AC pour le raccordement à une alimentation en tension AC extérieure pour fournir une tension continue HV au véhicule, un dispositif de régulation HV pour la régulation d'un accumulateur de batterie HV du véhicule, un convertisseur DC/DC pour convertir la tension continue HV en une tension de réseau de bord du véhicule, et une distribution de tension HV pour distribuer la tension continue HV dans le véhicule.
[0002] En outre, l'invention concerne un véhicule comprenant un agencement de puissance tel que ci-dessus.
[0003] Du fait de la présence de plus en plus importante sur le marché d'entraînements électriques dans la construction automobile, il en résulte des changements dans la construction de ces véhicules. De nos jours, les véhicules avec des entraînements électriques sont encore souvent des modèles de petite série dont la fabrication est très coûteuse. Afin de permettre une plus grande diffusion des entraînements électriques également en grande série avec des nombres de pièces élevés, des optimisations sont donc nécessaires par rapport aux constructions antérieures. Les architectures de véhicules actuelles doivent être analysées et optimisées.
[0004] Afin de permettre un entraînement électrique, une alimentation haute tension (HV, high voltage) sous forme de tension continue est aujourd'hui fournie dans le véhicule dans une plage de plusieurs centaines de volts. Les véhicules avec des entraînements électriques comprennent donc de manière caractéristique un chargeur AC, un dispositif de régulation HV, un convertisseur DC/DC et une distribution de tension HV. Ces composants HV forment ensemble un agencement de puissance haute tension. En outre, un véhicule avec un entraînement électrique présente habituellement un accumulateur de batterie HV pour stocker de l'énergie électrique. Dans l'accumulateur de batterie HV sont branchées une pluralité de cellules de batterie individuelles les unes avec les autres en série, afin de fournir une tension continue HV. On peut fournir un courant plus élevé par le biais d'un agencement en parallèle de telles sections de cellules de batterie. Éventuellement, par un convertisseur DC/DC, la tension fournie par l'accumulateur de batterie HV peut être augmentée à une tension continue HV.
[0005] Les composants HV cités ci-dessus sont actuellement fournis individuellement dans le véhicule, c'est-à-dire que chacun des composants HV comprend un boîtier propre, est monté séparément dans le véhicule, est câblé électriquement et installé dans le véhicule individuellement et comprend un refroidissement propre avec un système de conduite de refroidissement séparé. Ceci nécessite un coût de montage élevé et exige un poids élevé ainsi que des frais de conditionnement importants.
[0006] Par le biais du chargeur AC, le véhicule peut être connecté en vue de charger son accumulateur de batterie HV à une alimentation en tension AC extérieure. Les chargeurs AC actuels, pour des raisons de sécurité, sont réalisés avec un transformateur d'isolation afin de réaliser une isolation galvanique entre l'alimentation en tension AC et une tension continue HV dans le véhicule. L'isolation galvanique assure une protection contre les chocs électriques et empêche une réalimentation de courant continu depuis le véhicule vers l'alimentation en tension AC extérieure. Cette isolation galvanique nécessite relativement beaucoup de place dans le chargeur AC, présente un poids élevé et est habituellement chère.
[0007] On connaît dans ce contexte, d'après le document DE 11 2006 003 033 T5, un système et un procédé de commande générale de convertisseurs de puissance.
[0008] On connaît également, d'après le document DE 10 2015 219 917 Al, un module de conversion de puissance pour un véhicule. Ce module présente un boîtier et une unité de conversion de puissance qui est installée sur une surface intérieure d'un panneau de fond du boîtier. L'unité de conversion de puissance présente un module de condensateur, un module de puissance, un inverseur et un convertisseur LDC. Une unité de refroidissement de type refroidissement à eau est installée au niveau d'une surface extérieure du panneau de fond du boîtier et est disposée dans une position correspondant au module de puissance de l'inverseur et au LDC, le panneau de fond du boîtier étant inséré entre eux. Une ailette de refroidissement de type refroidissement à air est installée au niveau de la surface extérieure du panneau de fond et est disposée dans une position correspondant à un module de condensateur, le panneau de fond du boîtier étant inséré entre eux.
[0009] En outre, on connaît d'après le document DE 10 2014016 076Al,un convertisseur DC/DC pour un véhicule automobile comprenant deux raccords haute tension, un convertisseur haute tension DC/AC ayant un commutateur de convertisseur de tension, un transformateur à isolation galvanique, un convertisseur basse tension AC/DC, un circuit de courant intermédiaire avec une capacité de circuit intermédiaire, et un module de convertisseur raccordé au circuit de courant intermédiaire pour convertir une tension de circuit intermédiaire du circuit de courant intermédiaire en une tension continue basse tension. Le module de convertisseur comprend deux raccords basse tension. Un dispositif de commande du commutateur de convertisseur haute tension est réalisé de sorte à commander le commutateur de convertisseur haute tension avec un rapport cyclique prédéfini et fixe, de telle sorte que le rapport de transformation d'une tension continue haute tension et de la tension de circuit intermédiaire obtenu par le biais du convertisseur haute tension DC/AC, du transformateur et du convertisseur basse tension AC/DC soit constant.
[0010] En outre, on connaît, d'après le document DE 10 2015 223 655 Al, un convertisseur AC/DC d'un dispositif de conversion d'énergie qui présente des filtres, un circuit PFC, un premier circuit de pont intégral, un premier transformateur et un premier circuit de redresseur et qui convertit une tension AC acheminée depuis l'extérieur en tension DC. Un convertisseur DC/DC présente des filtres, un deuxième circuit de pont intégral, un deuxième transformateur et un deuxième circuit de redresseur et réduit une tension DC fournie par le convertisseur AC/DC. Les constituants du circuit du convertisseur AC/ DC qui sont placés du côté primaire du premier transformateur sont montés sur la surface supérieure d'un boîtier de refroidissement qui refroidit les deux convertisseurs. Les constituants du circuit du convertisseur AC/DC qui sont placés sur le côté secondaire du premier transformateur et les constituants du circuit du convertisseur DC/ DC sont montés sur le côté inférieur du boîtier de refroidissement.
[0011] Partant de l'état de la technique cité ci-dessus, l'invention a par conséquent pour objectif de fournir un agencement de puissance ainsi qu'un véhicule ayant un agencement de puissance du type mentionné ci-dessus, l'agencement de puissance devant être fabriqué de manière rentable, devant pouvoir être monté aisément, présentant un faible poids et une forme de construction compacte, générant de faibles pertes électriques et devant être en outre fabriqué économiquement.
[0012] Cet objectif est atteint selon l'invention par un agencement de puissance pour un véhicule comprenant un chargeur AC pour le raccordement à une alimentation en tension AC extérieure et pour fournir une tension continue HV au véhicule, un dispositif de régulation HV pour la régulation d'un accumulateur de batterie HV du véhicule, un convertisseur DC/DC pour convertir la tension continue HV en une tension de réseau de bord du véhicule, et une distribution de tension HV pour distribuer la tension continue HV dans le véhicule, caractérisé en ce que le chargeur AC est réalisé avec une technique à semi-conducteurs sans isolation galvanique et l'agencement de puissance présente un boîtier dans lequel sont disposés le chargeur AC, le dispositif de régulation HV, le convertisseur DC/DC et la distribution de tension HV en formant un boîtier de puissance dit « Power Box » intégré et un véhicule comprenant un agencement de puissance selon l’invention.
[0013] Selon l'invention, il est donc prévu un agencement de puissance pour un véhicule comprenant un chargeur AC pour le raccordement à une alimentation en tension AC extérieure et pour fournir une tension continue HV au véhicule, un dispositif de régulation HV pour la régulation d'un accumulateur de batterie HV du véhicule, un convertisseur DC/DC pour convertir la tension continue HV en une tension de réseau de bord du véhicule, et une distribution de tension HV pour distribuer la tension continue HV dans le véhicule, le chargeur AC étant réalisé avec une technique à semiconducteurs sans isolation galvanique et l'agencement de puissance présentant un boîtier dans lequel sont disposés le chargeur AC, le dispositif de régulation HV, le convertisseur DC/DC et la distribution de tension HV en formant un boîtier dit « Power Box » intégré.
[0014] Selon l'invention, il est en outre prévu un véhicule comprenant un tel agencement de puissance.
[0015] L'idée à la base de la présente invention est donc de fournir un boîtier dit « Power Box » ou « boîtier de puissance » intégré par un rassemblement intelligent de fonctions HV (fonctions haute tension), qui permette des avantages en termes de conditionnement, d'efficacité, de poids, de coût et de rendement. Ainsi, les voies de liaison entre des composants individuels, c'est-à-dire le chargeur AC, le dispositif de régulation HV, le convertisseur DC/DC et la distribution de tension HV, peuvent être réduites par l'agencement en commun. Ceci concerne à la fois les câbles électriques ainsi que par exemple les lignes de réfrigérant pour refroidir les composants individuels du boîtier Power Box intégré, de sorte que les longueurs de câble et les longueurs de lignes de refroidissement peuvent être réduites et que l'on peut économiser du poids. En outre, dans une construction conventionnelle, chacun des composants doit être à chaque fois connecté individuellement. Par rapport à un montage individuel des composants, le boîtier Power Box intégré peut être monté de manière efficace. Grâce à une optimisation supplémentaire du chargeur AC, en se passant d'un transformateur classique, on obtient ainsi différents degrés de liberté pour la configuration du boîtier Power Box intégré. Un tel chargeur AC présente en outre un rendement élevé.
[0016] Le véhicule est notamment un véhicule avec un entraînement électrique qui est alimenté en énergie électrique par le biais du boîtier Power Box intégré. Le véhicule peut être entraîné exclusivement par voie électrique, ou peut présenter, en tant que véhicule dit hybride, une combinaison d'un entraînement électrique et d'un autre entraînement, par exemple par un moteur à combustion interne conventionnel.
[0017] Le chargeur AC sert au raccordement à une alimentation en tension AC extérieure et à la conversion de la tension AC extérieure en une tension continue HV qui est fournie dans le véhicule. Dans le cas d'un véhicule avec une génération d'énergie électrique, que l'on connaît également sous le nom de Range Extender, de l'énergie électrique issue du Range Extender peut en principe également être convertie par le biais du chargeur AC et être conduite dans l'accumulateur de batterie HV ou dans l'entraînement. Le chargeur AC est réalisé sous forme d'élément électronique de puissance par une technique à semi-conducteurs sans isolation galvanique. Ceci permet de fournir un chargeur AC et de fournir, de manière correspondante, un boîtier Power
Box intégré, présentant un faible poids. Le fait de se passer d'un transformateur permet également une réduction d'un espace de construction nécessaire. Le chargeur AC peut être raccordé par le biais d'un câble de charge ou de manière inductive à l'alimentation en tension AC extérieure.
[0018] Le dispositif de régulation HV sert à réguler l'accumulateur de batterie HV du véhicule. L'accumulateur de batterie HV est typiquement parcouru par un fluide caloporteur qui peut chauffer et/ou refroidir l'accumulateur de batterie HV, par exemple en fonction d'une charge de la batterie, d'un mode de fonctionnement et/ou des conditions environnementales. Ainsi, le dispositif de régulation HV peut comprendre un dispositif de chauffage HV qui chauffe le fluide caloporteur dans le cas de basses températures. Le fluide chauffé s'écoule à travers un circuit de batterie afin d'amener l'accumulateur de batterie HV à un niveau de température plus élevé et d'obtenir une réduction associée de la résistance interne. De manière correspondante, on peut obtenir une puissance de système disponible plus élevée. Si la température de l'accumulateur de batterie HV augmente au-dessus d'une valeur limite, le dispositif de régulation HV peut refroidir l'accumulateur de batterie HV afin de protéger les cellules de batterie. Le dispositif de régulation HV est situé dans le boîtier Power Box intégré de telle sorte qu'il soit placé de manière idéale dans le circuit de fluide. En tant qu'élément chauffant, on utilise dans le dispositif de chauffage HV par exemple des pierres chauffantes ou une résistance de surface. La résistance de surface est située sur une grande surface dans le boîtier Power Box intégré de telle sorte qu'une introduction de chaleur maximale soit assurée dans le circuit de la batterie par le biais d'un matériau thermoconducteur spécial. Le dispositif de régulation HV est réalisé avec des éléments de commutation semi-conducteurs pour la commande.
[0019] Le convertisseur DC/DC effectue une conversion de la tension continue HV en une tension de réseau de bord du véhicule. Le convertisseur DC/DC convertit la tension continue HV, telle qu'elle est fournie par le chargeur AC ou par un accumulateur de batterie HV du véhicule pour l'entraînement, en tension de réseau de bord du véhicule. La tension continue HV peut par exemple valoir environ 800 V. La tension de réseau de bord vaut typiquement 12 V, mais peut aussi prendre des valeurs de 24 V ou de 48 V. Le convertisseur DC/DC est de préférence réalisé sous forme d'élément électronique de puissance dans une technique à semi-conducteurs, par exemple sous forme de convertisseur step-up ou step-down, ou sous forme de convertisseur élévateur de puissance.
[0020] La distribution de tension HV permet une distribution de la tension continue HV dans le véhicule. En principe, des consommateurs HV quelconques peuvent être alimentés par le biais de la distribution de tension HV en tension continue HV. En particulier, un entraînement électrique du véhicule est associé à la distribution de tension
HV. La distribution de tension HV comprend à cet effet typiquement plusieurs rails conducteurs et dispositifs de commutation pour le branchement ou la coupure de sections individuelles. Afin de faciliter un entretien et/ou une réparation, la distribution de tension HV est positionnée dans une région supérieure dans le boîtier Power Box intégré de telle sorte qu'elle puisse être facilement accessible par le dessus en cas de montage dans un compartiment moteur du véhicule.
[0021] Le boîtier est réalisé sous forme de boîtier commun pour tous les composants, c'est-à-dire qu'il comprend le chargeur AC, le dispositif de régulation HV, le convertisseur DC/DC et la distribution de tension HV. En outre, un raccordement commun à un refroidissement peut être fourni par le biais du boîtier. Le boîtier est de préférence fabriqué à partir de matériaux de construction légers. De tels matériaux de construction légers comprennent par exemple des plastiques ou des métaux légers tels que l'aluminium, les plastiques ou d'autres matériaux non conducteurs électriques étant préférés.
[0022] Grâce à la réalisation de l'agencement de puissance en tant que boîtier Power Box intégré, un refroidissement unique pour le boîtier Power Box peut refroidir en commun tous les composants contenus à l'intérieur de celui-ci. Le refroidissement évacue la chaleur générée au niveau des résistances de puissance et de contact des composants électriques et de leurs connexions les uns aux autres afin d'éviter un endommagement par surchauffe et de réduire la résistance ohmique par un abaissement de la température.
[0023] Dans une configuration avantageuse de l'invention, l'agencement de puissance présente un matériel à fonction de sécurité pour la protection électrique du chargeur AC. De préférence, le matériel à fonction de sécurité fait partie intégrante du chargeur AC. Le matériel à fonction de sécurité intervient en cas de panne pour protéger le véhicule. En particulier, le matériel à fonction de sécurité est réalisé et disposé de manière à assurer en cas de panne une isolation du chargeur AC vis-à-vis de l'alimentation en tension AC extérieure. Le matériel à fonction de sécurité comprend typiquement une pluralité d'éléments de commutation. Les éléments de commutation peuvent être réalisés de manière électromécanique, par exemple sous forme de disjoncteurs, ou purement électroniquement avec des semi-conducteurs de puissance. Une réalisation avec des semi-conducteurs de puissance est préférée.
[0024] Selon une configuration préférée de l'invention, l'agencement de puissance présente un dispositif de sécurité pour isoler le convertisseur DC/DC. De préférence, le dispositif de sécurité fait partie intégrante du convertisseur DC/DC. Le dispositif de sécurité intervient en cas de panne pour protéger le véhicule. En particulier, le dispositif de sécurité est réalisé et disposé de manière à effectuer en cas de panne une isolation du convertisseur DC/DC. Le dispositif de sécurité comprend typiquement une pluralité d'éléments de commutation. Les éléments de commutation peuvent être réalisés de manière électromécanique, par exemple sous forme de disjoncteurs, ou purement électroniquement avec des semi-conducteurs de puissance. Une réalisation avec des semi-conducteurs de puissance est préférée.
[0025] Selon une configuration préférée de l'invention, l'agencement de puissance présente un dispositif de commutation pour commuter la distribution de tension HV. De préférence, le dispositif de commutation fait partie intégrante de la distribution de tension HV. Le dispositif de commutation comprend typiquement une pluralité d'éléments de commutation. Les éléments de commutation peuvent être réalisés de manière électromécanique, par exemple sous forme de disjoncteurs, ou purement électroniquement avec des semi-conducteurs de puissance. Une réalisation avec des semiconducteurs de puissance est préférée.
[0026] Selon une configuration avantageuse de l'invention, l'agencement de puissance présente une construction modulaire avec au moins deux modules, en particulier avec à chaque fois un module pour le chargeur AC, le dispositif de régulation HV, le convertisseur DC/DC et la distribution de tension HV. Du fait de la construction modulaire, différents boîtiers Power Box intégrés configurés différemment peuvent être fournis simplement en sélectionnant des modules individuels au besoin et en les combinant au boîtier Power Box intégré. Une construction modulaire facilite également un remplacement de modules individuels dans le cas d'une panne ou d'un endommagement. En l'occurrence, les modules peuvent être choisis et combinés non seulement en fonction de leurs fonctions électriques mais en tenant compte en outre des tailles de construction et des exigences mécaniques. Différentes plates-formes de véhicule peuvent être desservies de manière correspondante. En l'occurrence, un concept d'étanchéité suffisant entre les modules est important afin de garantir la sécurité des composants contenus.
[0027] Selon une configuration préférée de l'invention, le boîtier est réalisé sous forme de structure de collision pour stabiliser le véhicule, en particulier sous forme de barre de stabilisation pour au moins une paire de dômes du véhicule. Le boîtier Power Box intégré peut ainsi former, en plus de sa fonction électrique, un composant structurel qui renforce la stabilité du véhicule. Ainsi, grâce à un boîtier configuré de manière correspondante, on peut se passer d'une ou plusieurs barres anti-rapprochement dans la partie avant du véhicule pour stabiliser le véhicule dans son ensemble. De manière correspondante, le boîtier Power Box intégré peut par exemple être monté entre deux dômes avant, un raccord de fixation du dôme avant respectif étant à chaque fois vissé au boîtier Power Box intégré. Le boîtier Power Box intégré peut ainsi reprendre la fonction d'une ou plusieurs barres anti-rapprochement.
[0028] Selon une configuration préférée de l'invention, le boîtier présente au moins un clapet de service qui permet un accès à des composants remplaçables de l'agencement de puissance. De tels composants remplaçables sont par exemple des fusibles, de sorte qu'après une panne, un remplacement simple soit possible. Les fusibles sont notamment des fusibles HV, par exemple pour la protection du chargeur AC. De préférence, le boîtier Power Box intégré comprend en outre un circuit d'analyse qui surveille et éventuellement indique une installation correcte des fusibles et/ou une ouverture du clapet de service. En outre, un système électronique d'un module peut également être complètement remplacé par le biais d'un clapet de service.
[0029] Selon une configuration préférée de l'invention, des raccords électriques internes entre le chargeur AC, le dispositif de régulation HV, le convertisseur DC/DC et la distribution de tension HV sont réalisés suivant une technologie “Blade“. Dans la technologie dite « Blade », le raccord électrique comprend un dispositif de mesure et un faston. Le dispositif de mesure, lors de l'établissement du raccord électrique, pénètre dans le faston et vient en contact avec celui-ci par un procédé de frottement et de pression. La technologie Blade est conçue pour pouvoir établir et couper plusieurs fois une connexion entre le dispositif de mesure et le faston.
[0030] Selon une configuration préférée de l'invention, l'agencement de puissance présente un raccord de communication interne qui relie le chargeur AC, le dispositif de régulation HV, le convertisseur DC/DC et la distribution de tension HV les uns aux autres. Le raccord de communication peut par exemple être fabriqué sur la base d'un bus de communication interne utilisé dans le secteur automobile, par exemple CAN, SPI ou Lin, ou aussi Ethernet. De préférence, le raccord de communication est blindé vis-à-vis des rayonnements électromagnétiques afin de satisfaire aux exigences de compatibilité électromagnétique (EMV).
[0031] L'invention va être expliquée ci-dessous à titre d'exemple en référence aux dessins annexés à l'aide d'exemples de réalisation préférés, les caractéristiques illustrées cidessous pouvant constituer un aspect de l'invention à titre individuel ainsi qu'en combinaison.
[0032] Dans les dessins :
[0033] [fig.l] illustre une représentation en perspective d'un agencement de puissance selon une première forme de réalisation préférée avec un chargeur AC, un dispositif de régulation HV, un convertisseur DC/DC et une distribution de tension HV, qui sont disposés dans un boîtier commun en formant un boîtier Power Box intégré, [0034] [fig.2] illustre une représentation schématique du chargeur AC de la figure 1 avec un filtre d'entrée, un redresseur, un filtre de correction du facteur de puissance, un élément de lissage, un convertisseur DC/DC, et un filtre de sortie, et [0035] [fig.3] illustre une représentation fonctionnelle schématique du chargeur AC de la figure 2 avec un dispositif de surveillance du courant illustré en plus et un dispositif de coupure également illustré en plus.
[0036] La figure 1 illustre un agencement de puissance 10 selon l'invention pour un véhicule selon une première forme de réalisation préférée. Le véhicule de la première forme de réalisation est un véhicule électrique avec un entraînement électrique qui est alimenté en énergie électrique par le biais de l'agencement de puissance 10.
[0037] L'agencement de puissance 10 comprend un chargeur AC 12, un dispositif de régulation HV 14, un convertisseur DC/DC 16 et une distribution de tension HV 18, qui sont disposés dans un boîtier commun 22 en formant un boîtier Power Box intégré 20. Des raccords électriques internes entre le chargeur AC 12, le dispositif de régulation HV 14, le convertisseur DC/DC 16 et la distribution de tension HV 18 sont réalisés suivant une technologie «Blade».
[0038] Le chargeur AC 12 sert au raccordement à une alimentation en tension AC extérieure 38 et à la conversion de la tension AC fournie par celle-ci en une tension continue HV 40 qui est fournie dans le véhicule. Le chargeur AC 12 est réalisé sous forme d'élément électronique de puissance suivant une technique à semi-conducteurs sans isolation galvanique. Le chargeur AC 12 est connecté par le biais d'un câble de charge à l'alimentation en tension AC extérieure 38.
[0039] Le chargeur AC 12 de la première forme de réalisation est illustré en détail à chaque fois en partie dans les figures 2 et 3. En l'occurrence, l'illustration de la figure 2 est basée sur une construction fonctionnelle telle qu'utilisée pour les chargeurs AC 12 connus en soi. De manière correspondante, le chargeur AC 12 comprend, en tant que composants fonctionnels, un filtre d'entrée 24, un redresseur 26 avec une pluralité d'éléments de commutation à semi-conducteurs 28, un filtre de correction du facteur de puissance 30, un élément de lissage 32, un convertisseur de courant continu 34 et un filtre de sortie 36 qui sont montés les uns derrière les autres dans cet ordre. Du côté de l'entrée, le chargeur AC 12 est raccordé à l'alimentation en tension AC 38 et fournit du côté de la sortie la tension continue HV 40.
[0040] Le chargeur AC 12 comprend en outre un matériel à fonction de sécurité 42 pour la protection électrique du chargeur AC 12, qui est illustré dans la figure 3. Le matériel à fonction de sécurité 42 effectue, en cas de panne, une isolation du chargeur AC 12 de l'alimentation en tension AC extérieure 38. Pour cela, le matériel à fonction de sécurité 42 comprend un dispositif d'isolation 44 avec une pluralité d'éléments de commutation non illustrés individuellement, qui interrompent la connexion avec l'alimentation en tension AC 38 en cas d'actionnement. Les éléments de commutation sont réalisés sous forme électronique avec des semi-conducteurs de puissance.
[0041] En outre, le matériel à fonction de sécurité 42 comprend une surveillance du courant différentiel 46, qui surveille les courants différentiels dans les trois phases II, 12,13 et le conducteur neutre N de l'alimentation en tension AC extérieure 38. Le matériel à fonction de sécurité 42 comprend en outre un dispositif de compensation 48. Un dispositif de surveillance 50 reçoit les courants différentiels mesurés dans la surveillance du courant différentiel 46 afin d'identifier des erreurs. En cas de panne, le dispositif de surveillance du courant 50 commande le dispositif d'isolation 44 afin d'isoler le chargeur AC 12 de l'alimentation en tension AC extérieure 38, ou le dispositif de compensation 48, afin d'effectuer une compensation du courant. En outre, le convertisseur DC/DC 34 est également commandé par le dispositif de surveillance 50, par exemple pour désactiver le convertisseur DC/DC 34 en cas de panne dans le chargeur AC 12.
[0042] Comme illustré à la figure 3, le chargeur AC 12 comprend, de manière correspondant aux réalisations relatives à la figure 2, un filtre d'entrée 24 qui est ici désigné par filtre EMC. Le filtre d'entrée 24 est suivi par le convertisseur de courant continu 34 ainsi que le filtre de correction du facteur de puissance 30. Le convertisseur de courant continu 34 et le filtre de correction du facteur de puissance 30 sont ici réalisés intégralement. Le filtre de sortie 36 est également monté en aval de ceux-ci dans cette illustration.
[0043] Du côté de la sortie, la tension continue à HV 40 ainsi fournie est illustrée avec un accumulateur de batterie HV 52. Le dispositif de régulation HV 14, le convertisseur DC/DC 16 et la distribution de tension HV 18 sont également raccordés à la tension continue HV 40.
[0044] Le dispositif de régulation HV 14 sert à réguler l'accumulateur de batterie HV 52. Le dispositif de régulation HV 14 est ici réalisé sous forme de dispositif de chauffage HV 14. L'accumulateur de batterie HV 52 est parcouru par un fluide caloporteur afin de chauffer l'accumulateur de batterie HV 52. Le dispositif de chauffage HV 14 chauffe dans ce cas le fluide caloporteur. Le dispositif de régulation HV 14 est réalisé avec des éléments semi-conducteurs en vue de sa commande.
[0045] Le convertisseur DC/DC 16 convertit la tension continue HV 40, telle qu'elle est fournie par le chargeur AC 12 ou par l'accumulateur de batterie HV 52 du véhicule, en une tension de réseau de bord du véhicule. La tension continue HV 40 présente ici une valeur de 800 V et la tension de réseau de bord vaut 12 V. Dans une forme de réalisation alternative, la tension du réseau de bord présente une valeur de 24 V ou de 48 V. Le convertisseur DC/DC 16 est réalisé en tant qu'élément électronique de puissance suivant une technique à semi-conducteurs. En outre, le convertisseur DC/DC 16 présente un dispositif de sécurité pour isoler le convertisseur DC/DC 16. Le dispositif de sécurité est réalisé et disposé de manière à effectuer en cas de panne une isolation du convertisseur DC/DC 16. Le dispositif de sécurité comprend typiquement une pluralité d'éléments de commutation. Les éléments de commutation sont réalisés de manière électronique avec des semi-conducteurs de puissance.
[0046] La distribution de tension HV 18 distribue la tension continue HV 40 dans le véhicule. Les consommateurs dans le véhicule sont alimentés par le biais de la distribution de tension HV 18 en tension continue HV 40. Ceci concerne notamment un entraînement électrique du véhicule. La distribution de tension HV 18 est positionnée dans une région supérieure dans le boîtier 22. La distribution de tension HV 18 comprend plusieurs rails conducteurs et un dispositif de commutation pour le branchement ou la coupure de branches d’alimentation individuelles. Le dispositif de commutation est réalisé avec des éléments de commutation individuels qui sont réalisés de manière électronique avec des semi-conducteurs de puissance.
[0047] L'agencement de puissance 10 comprend un raccord de communication interne non illustré ici qui relie ensemble le chargeur AC 12, le dispositif de régulation HV 14, le convertisseur DC/DC 16 et la distribution de tension HV 18. Le raccord de communication interne peut être raccordé à un dispositif de commande du véhicule par le biais d'une interface qui est réalisée sur le boîtier 22.
[0048] Le boîtier 22 est réalisé sous forme de boîtier commun 22 pour tous les composants 12, 14, 16, 18, dans lequel le chargeur AC 12, le dispositif de régulation HV 14, le convertisseur DC/DC 16 et la distribution de tension HV 18 sont disposés. Grâce au boîtier 22, il se produit un raccordement en commun du boîtier Power Box intégré 20 à un refroidissement. Le boîtier 22 est fabriqué en matière plastique. Le boîtier 22 présente un clapet de service qui permet un accès à des composants remplaçables de l'agencement de puissance 10.
[0049] Le boîtier 22 est réalisé sous forme de structure pertinente en cas de collision pour stabiliser le véhicule. L'agencement de puissance 10, dans l'état monté dans le boîtier 22, est monté en tant que barre de stabilisation, également appelée barre antirapprochement, entre deux dômes avant du véhicule. À cet effet, un raccord de fixation du dôme avant respectif est à chaque fois vissé au boîtier Power Box intégré 20.
[0050] L'agencement de puissance 10 de la première forme de réalisation présente une construction modulaire, dans laquelle le chargeur AC 12, le dispositif de régulation HV 14, le convertisseur DC/DC 16 et la distribution de tension HV 18 sont à chaque fois réalisés sous forme de modules individuels et sont raccordés au boîtier Power Box intégré 20. Dans ce cas, les modules individuels sont étanchéifiés les uns par rapport aux autres afin d'étanchéifier le boîtier 22 dans son ensemble.
[0051] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims (1)

  1. Agencement de puissance (10) pour un véhicule comprenant un chargeur AC (12) pour le raccordement à une alimentation en tension AC extérieure (38) et pour fournir une tension continue HV (40) au véhicule, un dispositif de régulation HV (14) pour la régulation d'un accumulateur de batterie HV (52) du véhicule, un convertisseur DC/DC (16) pour convertir la tension continue HV (40) en une tension de réseau de bord du véhicule, et une distribution de tension HV (18) pour distribuer la tension continue HV (40) dans le véhicule, caractérisé en ce que le chargeur AC (12) est réalisé avec une technique à semi-conducteurs sans isolation galvanique et l'agencement de puissance (10) présente un boîtier (22) dans lequel sont disposés le chargeur AC (12), le dispositif de régulation HV (14), le convertisseur DC/DC (16) et la distribution de tension HV (18) en formant un boîtier de puissance dit « Power Box » intégré (20). Agencement de puissance (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agencement de puissance (10) présente un matériel à fonction de sécurité (42) pour la protection électrique du chargeur AC (12). Agencement de puissance (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'agencement de puissance (10) présente un dispositif de sécurité pour isoler le convertisseur DC/DC (16).
    Agencement de puissance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agencement de puissance (10) présente un dispositif de commutation pour commuter la distribution de tension HV (18).
    Agencement de puissance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agencement de puissance (10) présente une construction modulaire avec au moins deux modules, en particulier avec à chaque fois un module pour le chargeur AC (12), le dispositif de régulation HV (14), le convertisseur DC/DC (16) et la distribution de tension HV (18).
    Agencement de puissance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (22) est réalisé [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] sous forme de structure de collision pour stabiliser le véhicule, en particulier sous forme de barre de stabilisation pour au moins une paire de dômes du véhicule.
    Agencement de puissance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (22) présente au moins un clapet de service qui permet un accès à des composants remplaçables de l'agencement de puissance (10).
    Agencement de puissance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des raccords électriques internes entre le chargeur AC (12), le dispositif de régulation HV (14), le convertisseur DC/DC (16) et la distribution de tension HV (18) sont réalisés suivant une technologie “Blade“.
    Agencement de puissance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agencement de puissance (10) présente un raccord de communication interne qui relie le chargeur AC (12), le dispositif de régulation HV (14), le convertisseur DC/DC (16) et la distribution de tension HV (18) les uns aux autres.
    Véhicule comprenant un agencement de puissance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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