WO2016120103A1 - Electric circuit comprising a plurality of resistive elements connected in parallel - Google Patents
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- B60H1/2218—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters controlling the operation of electric heaters
Definitions
- the present invention generally relates to an electrical circuit having a plurality of resistive elements connected in parallel.
- the invention relates to electric heaters for electric or hybrid vehicles, used to heat the passenger compartment of the vehicle by heating the water of the cooling circuit.
- Such heaters generally comprise several heating resistive elements connected in parallel so as to be powered by a power current from the high voltage battery of the vehicle (of the order of 400 volts), called traction battery.
- Each heating resistive element is conventionally controlled by a control circuit including an electronic switch placed in series with each heating element so as to allow or prevent a current to flow through the associated resistive element according to its closed or open state.
- FIG. 1 schematically illustrates a known electric heater comprising three heating resistive elements li, 1 2 and I 3 with their associated electronic switch 2 1 , 2 2 , 23 connected in parallel between a high voltage power supply 3. and an electrical mass 4 of a motor vehicle.
- Each electronic switch 2i, 2 2 , 23 is preferably an IGBT power transistor.
- a control circuit (not shown) selectively controls the electronic switches 2i, 2 2 , 23 so as to respond to a request to obtain a heating power corresponding to a desired power.
- an electric heater such as that shown in Figure 1 uses three resistive elements li, 1 2 and I 3 identical, each capable of generating the same power, for example a power of 2000 Watts, and the control circuit drives a power modulation at a few hertz by the pulse width modulation technique applied to the control of the electronic switches.
- the electronic switches 2i, 2 2 , 2 3 are switched with a phase shift of 2 ⁇ / 3, so that the currents II, 12, 13 in the resistive elements li, respectively 1 2 and I 3 have in time the appearance shown diagrammatically in FIG.
- the present invention aims to overcome the above drawbacks by proposing an architecture of electrical circuit, including electric heater, and its associated driving means to avoid large current calls on the traction battery.
- the subject of the present invention is an electrical circuit comprising a set of resistive elements connected in parallel, an electronic switch in series with each resistive element of said assembly capable of allowing selective supply of the resistive elements of said assembly by a DC voltage.
- control means able to determine in said set a final combination of at least one resistive element to supply by closing the associated switch to meet a received target power, characterized in that the resistive elements of the together have different resistance values constituting a geometric progression of reason 2 between a minimum resistance value and a maximum resistance value, and in that the control means are able to control several successive cycles each comprising the switching of one or of several electronic switches of an iron state to an open state or from an open state to a closed state to correspond to a intermediate combination of the resistive elements of said assembly, until said final combination is obtained, in order to reach the nominal power per power stage, each power level corresponding to each cycle being equal to the power value produced by the element resistive said assembly having said maximum resistance value.
- said minimum resistance value is preferably calculated as a function of a maximum power that the electric circuit must be capable of producing for a minimum value of said DC voltage
- said set comprises a number N of resistive elements, said number N being determined as a function of a maximum value of said DC voltage, of a predefined maximum inrush current value, and of a predefined value of granularity of power.
- the resistive elements of said assembly are heating elements of an electric heater, adapted to be selectively powered by a DC voltage delivered by a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle.
- FIG. 2 also already described, gives the temporal variations of the currents occurring in the elements of the electric heater of FIG. 1, in a known control mode of such a heater;
- - Figure 3 schematically gives an example of elements involved in an electric heating circuit according to the present invention
- FIGS. 4a and 4b illustrate an example of activation procedure by successive cycles for the electric heating circuit of FIG. 3.
- U m in and Umax correspond to the minimum and maximum continuous voltages delivered by a high voltage supply, in particular a traction battery, and thus define the limits of the voltage range in which the electric circuit will operate;
- P corresponds to the power delivered by the electric circuit as a function of the received target power, and is expressed by the relation:
- an electric circuit according to the present invention comprises:
- heating resistive elements li, l 2 ... ls connected in parallel between a high voltage power source 3 and an electrical ground 4;
- Control means 5 typically a computer, capable of selectively controlling the different resistive elements via the switching (closing or opening) of their associated electronic switches.
- the heating resistive elements are not identical here, as in the prior art, but form a finite set of resistive elements whose resistance values constitute a geometric progression of reason 2.
- Ri, R 2 , ... Rs the values of the respective resistances for the elements li, 1 2 ... 1 8 of figure 3, we have the equation
- Ri 2 (l "1) Ri for any integer i varying from 1 to 8.
- the principle of the invention lies in the fact that a total resistance value R can theoretically be obtained by connecting in parallel an infinite number N of resistors whose smallest resistance Ri is twice the total resistance R, and whose resistances Ri to R vary two by two by a coefficient 2. Indeed, for N resistors connected in parallel, there is the relation:
- the least powerful heating element in this case, the one with the highest resistance
- the least powerful heating element generates at the voltage U max a power lower than P gra n -
- a circuit has thus been obtained comprising a finite set of resistive elements whose smallest resistance (Ri) is determined as a function of the maximum power P max that the circuit must be capable of producing and the minimum voltage U m in of the traction battery, and whose resistance values constitute a geometric progression of reason 2.
- This operation operates in two phases: a first phase during which it is necessary to determine, for a received nominal power P CO ns, and to the DC voltage value U (any voltage value between U m in and Umax) actually delivered by the traction battery, what are the resistive elements of said assembly that will have to be activated, by closing their associated switch;
- a second phase which consists in effectively activating all the resistive elements selected during the first phase, according to an optimized activation procedure so that the current calls are as low as possible.
- the implementation of the first phase relating to the selection of the resistive elements to be activated by closing their associated electronic switch, is preferably implemented as follows:
- the control means 5 of the electrical circuit will determine, in a first step, the power Pgen generated by the resistive element of all eight elements which has the greatest resistance, here the element lg with a resistance Rs equal to 2560 ⁇ .
- This power which corresponds to the element of the set generating the least power, can be determined by the calculation by applying the relation:
- the target power is 4356 Watts
- the voltage value delivered by the voltage battery is 382 Volts.
- control means 5 will have to:
- the previous phase has shown how to determine the set of resistors to activate, that is to say the final combination of resistive elements that should be supplied to achieve the desired power.
- the second phase of operation therefore consists in applying an optimized activation procedure so that the current calls are as small as possible, in this case for these current calls, due to the removal of resistive elements (by opening of their associated electronic switch) to the addition of resistive elements (by closing their associated electronic switch) do not exceed the maximum current demand ⁇ allowed.
- the activation procedure carried out by the control means 5 thus advantageously consists in reaching the target power per successive power level, each power level being equivalent to the power generated by the resistive element which has the highest value resistance. , here the element of resistance equal to 2560 ⁇ .
- the control means 5 will thus control several successive cycles each comprising switching one or more electronic switches from a closed state to an open state or from an open state to a closed state to correspond to an intermediate combination of the elements. resistive of said assembly, until said final combination is obtained, to achieve the power of instruction per step power.
- FIGS. 4a and 4b illustrate the succession of cycles that must be made in the context of the invention to obtain, from an initial state in which none of the heating resistive elements is powered (inactive electric heater), the final combination determined previously (supply of resistive resistance elements R 2 , R5, Re and Rs).
- cycle 1 only the resistive element that has the largest resistance Rs of 2560 ⁇ among all eight resistors is powered by closing the associated electronic switch 2s.
- the transition from the initial state to the intermediate combination of cycle 1 has incremented the power of a step equal to 57 Watts and generated an Icycii current draw equal to
- Cycling times of the order of 50 ms are preferably provided to obtain a maximum acceptable duration of 12 seconds.
Landscapes
- Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
Abstract
The invention concerns an electric circuit comprising an array of resistive elements (11, 12,... 18) connected in parallel, an electronic switch (21, 22,... 28) in series with each resistive element (11, 12,... 18) of said array capable of allowing the selective powering of the resistive elements of said array with a DC voltage, and control means (5) capable of determining, in said array, a final combination of at least one resistive element to be powered by closing the associated switch in order to satisfy a received setpoint power. According to the invention, the resistive elements of the array have different resistance values constituting a geometric progression of common ratio 2 between a minimum resistance value and a maximum resistance value, and the control means (5) are capable of controlling several successive cycles each comprising the switching of one or more electronic switches (21, 22,... 28) from a closed state to an open state or from an open state to a closed state in order to correspond with an intermediate combination of the resistive elements (11, 12,... 18) of said array, until said final combination is obtained, in order to reach the setpoint power by power levels, each power level corresponding to each cycle being equal to the power value produced by the resistive element of said array having said maximum resistance value.
Description
CIRCUIT ELECTRIQUE COMPORTANT UNE PLURALITE D'ELEMENTS RESISTIFS ELECTRIC CIRCUIT COMPRISING A PLURALITY OF RESISTIVE ELEMENTS
CONNECTES EN PARALLELE CONNECTED IN PARALLEL
La présente invention concerne de manière générale un circuit électrique comportant une pluralité d'éléments résistifs connectés en parallèle. The present invention generally relates to an electrical circuit having a plurality of resistive elements connected in parallel.
L'invention concerne en particuliers les réchauffeurs électriques pour véhicules électriques ou hybrides, utilisés pour chauffer l'habitacle du véhicule en réchauffant l'eau du circuit de refroidissement. De tels réchauffeurs comportent en général plusieurs éléments résistifs chauffant connectés en parallèle de manière à être alimentés par un courant de puissance venant de la batterie de haute tension du véhicule (de l'ordre de 400 Volts), appelée batterie de traction. Chaque élément résistif chauffant est classiquement piloté par un circuit de commande incluant un interrupteur électronique placé en série avec chaque élément chauffant de façon à permettre ou empêcher un courant de traverser l'élément résistif associé en fonction de son état fermé ou ouvert. In particular, the invention relates to electric heaters for electric or hybrid vehicles, used to heat the passenger compartment of the vehicle by heating the water of the cooling circuit. Such heaters generally comprise several heating resistive elements connected in parallel so as to be powered by a power current from the high voltage battery of the vehicle (of the order of 400 volts), called traction battery. Each heating resistive element is conventionally controlled by a control circuit including an electronic switch placed in series with each heating element so as to allow or prevent a current to flow through the associated resistive element according to its closed or open state.
A titre d'exemple, la figure 1 illustre schématiquement un réchauffeur électrique connu comportant trois éléments résistifs chauffant li, 12 et I3 avec leur interrupteur électronique 2i, 22, 23 associé en série, connectés en parallèle entre une alimentation haute tension 3 et une masse électrique 4 d'un véhicule automobile. Chaque interrupteur électronique 2i, 22, 23 est de préférence un transistor de puissance IGBT. Un circuit de commande (non représenté) permet de piloter sélectivement les interrupteurs électroniques 2i, 22, 23 de façon à répondre à une requête visant à obtenir une puissance de chauffage correspondant à une puissance de consigne. By way of example, FIG. 1 schematically illustrates a known electric heater comprising three heating resistive elements li, 1 2 and I 3 with their associated electronic switch 2 1 , 2 2 , 23 connected in parallel between a high voltage power supply 3. and an electrical mass 4 of a motor vehicle. Each electronic switch 2i, 2 2 , 23 is preferably an IGBT power transistor. A control circuit (not shown) selectively controls the electronic switches 2i, 2 2 , 23 so as to respond to a request to obtain a heating power corresponding to a desired power.
Dans l'état de l'art actuel, un réchauffeur électrique tel que celui représenté sur la figure 1 utilise trois éléments résistifs li, 12 et I3 identiques, aptes à générer chacun la même puissance, par exemple une puissance de 2000 Watts, et le circuit de commande pilote une modulation en puissance à quelques hertz par la technique de modulation de largeur d'impulsion appliquée à la commande des interrupteurs électroniques. Les interrupteurs électroniques 2i, 22, 23 sont commutés avec un déphasage de 2Π/3, de sorte
que les courants II, 12, 13 dans les éléments résistifs li, respectivement 12 et I3 présentent dans le temps l'allure schématisée sur la figure 2. In the state of the art, an electric heater such as that shown in Figure 1 uses three resistive elements li, 1 2 and I 3 identical, each capable of generating the same power, for example a power of 2000 Watts, and the control circuit drives a power modulation at a few hertz by the pulse width modulation technique applied to the control of the electronic switches. The electronic switches 2i, 2 2 , 2 3 are switched with a phase shift of 2Π / 3, so that the currents II, 12, 13 in the resistive elements li, respectively 1 2 and I 3 have in time the appearance shown diagrammatically in FIG.
Comme le courant total Itot correspond à la somme des courants II, 12 et 13, ceci permet d'ajuster la puissance moyenne de chauffe à la puissance de consigne en mettant successivement en conduction puis en blocage le courant de chaque élément résistif chauffant. Since the total current Itot corresponds to the sum of currents II, 12 and 13, this makes it possible to adjust the average heating power to the target power by sequentially conducting and then blocking the current of each resistive heating element.
L'inconvénient de ce type de pilotage réside dans les appels de courant correspondant à la mise en conduction ou en arrêt d'un élément résistif li, 12 ou I3, lesquels, bien que minimisés par le déphasage de 2Π/3 des périodes de commutation entre elles, demeurent importants. Typiquement, à une tension d'alimentation de 250 Volts correspond un courant d'appel de 2000 W/250 V, soit 8 Ampères, ce qui a un impact négatif sur la batterie de traction. En effet, la succession d'à-coups de courants est difficile à supporter pour la batterie, notamment en conditions très froides. The disadvantage of this type of control lies in the current calls corresponding to the turning on or off of a resistive element li, 1 2 or I 3 , which, although minimized by the phase shift of 2Π / 3 periods switching between them, remain important. Typically, at a supply voltage of 250 Volts corresponds a inrush current of 2000 W / 250 V, or 8 amps, which has a negative impact on the traction battery. Indeed, the succession of surges currents is difficult to support for the battery, especially in very cold conditions.
La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précédents en proposant une architecture de circuit électrique, notamment de réchauffeur électrique, et de ses moyens de pilotage associés permettant d'éviter des appels de courant importants sur la batterie de traction. The present invention aims to overcome the above drawbacks by proposing an architecture of electrical circuit, including electric heater, and its associated driving means to avoid large current calls on the traction battery.
A cet effet, la présente invention a pour objet un circuit électrique comportant un ensemble d'éléments résistifs connectés en parallèle, un interrupteur électronique en série avec chaque élément résistif dudit ensemble apte à permettre une alimentation sélective des éléments résistifs dudit ensemble par une tension continue, et des moyens de pilotage aptes à déterminer dans ledit ensemble une combinaison finale d'au moins un élément résistif à alimenter par fermeture de l'interrupteur associé pour répondre à une puissance de consigne reçue, caractérisé en ce que les éléments résistifs de l'ensemble ont des valeurs différentes de résistance constituant une progression géométrique de raison 2 entre une valeur de résistance minimum et une valeur de résistance maximum, et en ce que les moyens de pilotage sont aptes à commander plusieurs cycles successifs comprenant chacun la commutation d'un ou de plusieurs interrupteurs électroniques d'un état fermé à un état ouvert ou d'un état ouvert à un état fermé pour correspondre à une
combinaison intermédiaire des éléments résistifs dudit ensemble, jusqu'à l'obtention de ladite combinaison finale, pour atteindre la puissance de consigne par pallier de puissance, chaque pallier de puissance correspondant à chaque cycle étant égal à la valeur de puissance produite par l'élément résistif dudit ensemble possédant ladite valeur de résistance maximum. For this purpose, the subject of the present invention is an electrical circuit comprising a set of resistive elements connected in parallel, an electronic switch in series with each resistive element of said assembly capable of allowing selective supply of the resistive elements of said assembly by a DC voltage. , and control means able to determine in said set a final combination of at least one resistive element to supply by closing the associated switch to meet a received target power, characterized in that the resistive elements of the together have different resistance values constituting a geometric progression of reason 2 between a minimum resistance value and a maximum resistance value, and in that the control means are able to control several successive cycles each comprising the switching of one or of several electronic switches of an iron state to an open state or from an open state to a closed state to correspond to a intermediate combination of the resistive elements of said assembly, until said final combination is obtained, in order to reach the nominal power per power stage, each power level corresponding to each cycle being equal to the power value produced by the element resistive said assembly having said maximum resistance value.
Selon d'autres aspects possibles : According to other possible aspects:
- ladite valeur de résistance minimum est calculée de préférence en fonction d'une puissance maximale que le circuit électrique doit être capable de produire pour une valeur minimale de ladite tension continue ; said minimum resistance value is preferably calculated as a function of a maximum power that the electric circuit must be capable of producing for a minimum value of said DC voltage;
- ladite valeur Ri de résistance minimum est par exemple calculée selon la relation
said value Ri of minimum resistance is for example calculated according to the relation
dans laquelle Umin représente ladite valeur minimale de la tension continue et Pmax représente ladite puissance maximale. wherein U m i n represents said minimum value of the DC voltage and P max represents said maximum power.
- ledit ensemble comporte un nombre N d'éléments résistifs, ledit nombre N étant déterminé en fonction d'une valeur maximale de ladite tension continue, d'une valeur prédéfinie de courant d'appel maximal, et d'une valeur prédéfinie de granularité de puissance. said set comprises a number N of resistive elements, said number N being determined as a function of a maximum value of said DC voltage, of a predefined maximum inrush current value, and of a predefined value of granularity of power.
- les éléments résistifs dudit ensemble sont des éléments chauffant d'un réchauffeur électrique, aptes à être sélectivement alimentés par une tension continue délivrée par une batterie de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride. - The resistive elements of said assembly are heating elements of an electric heater, adapted to be selectively powered by a DC voltage delivered by a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle.
L'invention et ses avantages seront mieux compris au vu de la description suivante, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles : The invention and its advantages will be better understood from the following description, made with reference to the appended figures, in which:
- la figure 1, déjà décrite ci-avant, représente schématiquement certains éléments d'un réchauffeur électrique connu ; - Figure 1, already described above, schematically shows some elements of a known electric heater;
- la figure 2, également déjà décrite, donne les variations temporelles des courants intervenant dans les éléments du réchauffeur électrique de la figure 1, dans un mode de pilotage connu d'un tel réchauffeur ;
- la figure 3 donne schématiquement un exemple d'éléments intervenant dans un circuit de chauffage électrique conforme à la présente invention ; FIG. 2, also already described, gives the temporal variations of the currents occurring in the elements of the electric heater of FIG. 1, in a known control mode of such a heater; - Figure 3 schematically gives an example of elements involved in an electric heating circuit according to the present invention;
- les figures 4a et 4b illustrent un exemple de procédure d'activation par cycles successifs pour le circuit de chauffage électrique de la figure 3. FIGS. 4a and 4b illustrate an example of activation procedure by successive cycles for the electric heating circuit of FIG. 3.
Dans la suite de l'exposé, on utilise les notations suivantes pour caractériser le fonctionnement souhaité d'un circuit électrique, notamment un réchauffeur électrique, conforme à la présente invention : In the rest of the description, the following notations are used to characterize the desired operation of an electric circuit, in particular an electric heater, according to the present invention:
- Umin et Umax correspondent aux tensions continues respectivement minimum et maximum délivrées par une alimentation haute tension, en particulier une batterie de traction, et définissent ainsi les limites de la plage de tensions dans laquelle le circuit électrique va fonctionner ; U m in and Umax correspond to the minimum and maximum continuous voltages delivered by a high voltage supply, in particular a traction battery, and thus define the limits of the voltage range in which the electric circuit will operate;
- Pmax représente la puissance maximale que le circuit électrique doit être capable de fournir, et ce, même à la tension minimum Umin . - Pmax represents the maximum power that the electric circuit must be able to supply, even at the minimum voltage U m i n .
- P∞ns correspond à une puissance de consigne reçue par le circuit de électrique ; - P ∞ ns corresponds to a target power received by the electrical circuit;
- P correspond à la puissance délivrée par le circuit électrique en fonction de la puissance de consigne reçue, et s'exprime par la relation : P corresponds to the power delivered by the electric circuit as a function of the received target power, and is expressed by the relation:
— "cons +/" ( Pgran/2) - "cons + /" (Pgran / 2)
dans laquelle Pgran représente la granularité de puissance admise ; in which P gra n represents the permitted power granularity;
- ΔΙ est l'appel de courant maximal toléré sur la batterie de traction. - ΔΙ is the maximum allowed current draw on the traction battery.
Pour fixer les idées mais à titre d'exemple nullement limitatif, on utilisera dans la suite les valeurs suivantes : To fix the ideas but by way of non limiting example, one will use in the following the following values:
Tableau 1
En référence à la figure 3, un circuit électrique conforme à la présente invention comporte : Table 1 With reference to FIG. 3, an electric circuit according to the present invention comprises:
- une pluralité, ici huit, éléments résistifs chauffant l i, l2... ls, connectés en parallèle entre une source d'alimentation haute tension 3 et une masse électrique 4 ; a plurality, here eight, heating resistive elements li, l 2 ... ls, connected in parallel between a high voltage power source 3 and an electrical ground 4;
- un interrupteur électronique 2i à 2s, en série avec chacun des éléments résistifs chauffant ; an electronic switch 2i to 2s, in series with each of the resistive heating elements;
- des moyens 5 de pilotage, typiquement un calculateur, apte à piloter sélectivement les différents éléments résistifs via la commutation (fermeture ou ouverture) de leurs interrupteurs électroniques associés. - Control means 5, typically a computer, capable of selectively controlling the different resistive elements via the switching (closing or opening) of their associated electronic switches.
Conformément à l'invention, les éléments résistifs chauffant ne sont pas ici identiques, comme dans l'art antérieur, mais forme un ensemble fini d'éléments résistifs dont les valeurs de résistances constituent une progression géométrique de raison 2. Ainsi, si l'on note Ri, R2, ... Rs les valeurs des résistances respectives pour les éléments l i, 12 ...18 de la figure 3, on a l'équation According to the invention, the heating resistive elements are not identical here, as in the prior art, but form a finite set of resistive elements whose resistance values constitute a geometric progression of reason 2. Thus, if the we denote Ri, R 2 , ... Rs the values of the respective resistances for the elements li, 1 2 ... 1 8 of figure 3, we have the equation
Ri=2(l"1) Ri pour tout entier i variant de 1 à 8. Le principe de l'invention réside en effet dans le fait qu'on peut obtenir théoriquement une valeur de résistance totale R en connectant en parallèle un nombre infini N de résistances dont la plus petite résistance Ri est le double de la résistance totale R, et dont les résistances Ri à R varient deux à deux d'un coefficient 2. En effet, pour N résistances connectées en parallèle, on a la relation : Ri = 2 (l "1) Ri for any integer i varying from 1 to 8. The principle of the invention lies in the fact that a total resistance value R can theoretically be obtained by connecting in parallel an infinite number N of resistors whose smallest resistance Ri is twice the total resistance R, and whose resistances Ri to R vary two by two by a coefficient 2. Indeed, for N resistors connected in parallel, there is the relation:
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
- = + + . . . + = + ^r— + . . . +— - = + +. . . + = + ^ r- +. . . + -
R R1 R2 RN 2R 22R 2 R RR 1 R 2 R N 2 R 2 2 R 2 R
Soit — 1 = A Λ— 1 Let - 1 = A Λ- 1
R R
Λ RR Λ
avec A =— 1 I—1 =- + . . . H—1— correspondant a la somme d'une suite with A = - 1 I-1 = - +. . . H-1- corresponding to the sum of a suite
2 2 2 2N 2 2 2 2 N
géométrique de raison 1/2 dont la limite tend vers 1 quand N tend vers l'infini. geometric reason 1/2 whose limit tends to 1 when N tends to infinity.
On va montrer dans la suite que l'on peut respecter le cahier des charges indiqué au tableau 1 ci-dessus en utilisant un nombre fini de résistances, ici seulement huit résistances, connectées en parallèle. We will show in the following that we can meet the specifications listed in Table 1 above using a finite number of resistors, here only eight resistors, connected in parallel.
Tout d'abord, on détermine la résistance R qui permettrait de fournir la puissance Pmax à la tension Umin - Cette résistance est donnée par la relation
First, we determine the resistance R that would provide the power P m ax at the voltage U m in - This resistance is given by the relation
Soit, avec les valeurs indiquées dans le tableau 1 : With the values given in Table 1:
R = 10,4 Ω R = 10.4 Ω
Pour simplifier, on choisit R égale à 10 Ω permettant de générer un peu plus de puissance. For simplicity, we choose R equal to 10 Ω to generate a little more power.
On peut alors montrer qu'avec un nombre limité d'éléments résistifs chauffant, il est possible de respecter la granularité Pgran et d'éviter des appels de courants supérieur à ΔΙ. It can then be shown that with a limited number of heating resistive elements, it is possible to respect the granularity P gra n and to avoid currents greater than ΔΙ.
Tout d'abord, pour respecter la granularité, il faut que l'élément chauffant le moins puissant (en l'occurrence, celui de plus forte résistance) génère à la tension Umax une puissance inférieure à Pgran -First of all, to respect the granularity, it is necessary that the least powerful heating element (in this case, the one with the highest resistance) generates at the voltage U max a power lower than P gra n -
S'il y a N éléments chauffant, cela se traduit par la relation If there are N heating elements, this translates into the relationship
(Umax)2/(2N X R) < Pgran (U max ) 2 / (2 N XR) <Pgran
Soit 2N > (Umax)2/Pgran X R Let 2 N > (U m ax) 2 / Pgran XR
Soit N> ln[(Umax)2/( Pgran x R)]/ln(2) Let N> ln [(U ma x) 2 / (Pgran x R)] / ln (2)
Soit, en utilisant les valeurs numériques du tableau 1, N > 7,66. Either, using the numerical values in Table 1, N> 7.66.
Par ailleurs, l'appel de courant maximal ΔΙ, consécutif à l'ajout ou au retrait du courant dans la plus grande résistance, est tel que Moreover, the maximum current demand ΔΙ, consecutive to the addition or the withdrawal of the current in the greatest resistance, is such that
ΔΙ < Umax / (2N x R) ΔΙ <U max / (2 N x R)
Soit N> ln[Umax /(R ΔΙ)]/Ιη(2)
Soit, en utilisant les valeurs numériques du tableau 1, N > 6,49. Let N> ln [Umax / (R ΔΙ)] / Ιη (2) Either, using the numerical values in Table 1, N> 6.49.
On peut donc choisir We can choose
N = 8 N = 8
i= = 2R = 20 Ω i = = 2R = 20 Ω
R2 = 2Ri = 40 Ω R 2 = 2Ri = 40 Ω
Rs = 2R2 = 80 Ω Rs = 2R 2 = 80 Ω
R4 = 2R3 = 160 Ω R 4 = 2R 3 = 160 Ω
Rs = 2R4 = 320 Ω Rs = 2R 4 = 320 Ω
Re = 2R5 = 640 Ω Re = 2R 5 = 640 Ω
R7 = 2R6 = 1280 Ω R 7 = 2R 6 = 1280 Ω
Rs = 2R7 = 2560 Ω Rs = 2R 7 = 2560 Ω
On a donc obtenu un circuit comportant un ensemble fini d'éléments résistifs dont la plus petite résistance (Ri) est déterminée en fonction de la puissance maximale Pmax que le circuit doit être capable de produire et de la tension minimale Umin de la batterie de traction, et dont les valeurs de résistances constituent une progression géométrique de raison 2. A circuit has thus been obtained comprising a finite set of resistive elements whose smallest resistance (Ri) is determined as a function of the maximum power P max that the circuit must be capable of producing and the minimum voltage U m in of the traction battery, and whose resistance values constitute a geometric progression of reason 2.
On a vu ci-dessus que l'on choisissait une valeur de R légèrement inférieure à celle qui produirait la puissance Pmax recherchée (10 Ω au lieu de 10,4 Ω). Il en résulte qu'en utilisant effectivement huit éléments résistifs comme décrit ci-dessus, on obtiendra finalement une puissance maximale supérieure à la puissance Pmax recherchée au départ. Il en résulte également qu'on peut opter pour utiliser non pas huit éléments résistifs en parallèle, mais seulement au moins les quatre premières résistances Ri à R4. En effet, en omettant les résistances de plus fortes valeurs R5 à Rs, on ne perd qu'une petite partie de la puissance. En contrepartie, on gagne dans l'optimisation du coût global du circuit en évitant de multiplier les éléments résistifs, leur interrupteur électronique associés et les connexions. We saw above that we chose a value of R slightly lower than that which would produce the desired power P m ax (10 Ω instead of 10.4 Ω). As a result, by actually using eight resistive elements as described above, a maximum power will finally be obtained that is greater than the power P max sought initially. It also results that one can opt to use not eight resistive elements in parallel, but only at least the first four resistors Ri to R4. Indeed, by omitting the resistances of higher values R5 to Rs, only a small part of the power is lost. In return, we gain in the optimization of the overall cost of the circuit by avoiding to multiply the resistive elements, their associated electronic switch and connections.
Le fonctionnement du circuit électrique de la figure 3, comportant un ensemble de huit éléments résistifs li à le, va à présent être décrit : The operation of the electrical circuit of FIG. 3, comprising a set of eight resistive elements li to the, will now be described:
Ce fonctionnement s'opère en deux phases :
- une première phase lors de laquelle il faut déterminer, pour une puissance de consigne PCOns reçue, et à la valeur de tension continue U (valeur de tension quelconque comprise entre Umin et Umax) effectivement délivrée par la batterie de traction, quels sont les éléments résistifs dudit ensemble qui vont devoir être activés, par fermeture de leur interrupteur associé ; This operation operates in two phases: a first phase during which it is necessary to determine, for a received nominal power P CO ns, and to the DC voltage value U (any voltage value between U m in and Umax) actually delivered by the traction battery, what are the resistive elements of said assembly that will have to be activated, by closing their associated switch;
- une deuxième phase qui consiste à activer effectivement tous les éléments résistifs sélectionnés lors de la première phase, selon une procédure d'activation optimisée pour que les appels de courant soient les plus faibles possibles. a second phase which consists in effectively activating all the resistive elements selected during the first phase, according to an optimized activation procedure so that the current calls are as low as possible.
La mise en œuvre de la première phase, relative à la sélection des éléments résistifs à activer par fermeture de leur interrupteur électronique associé, est implémentée de préférence de la manière suivante : The implementation of the first phase, relating to the selection of the resistive elements to be activated by closing their associated electronic switch, is preferably implemented as follows:
Lorsqu'une consigne de puissance est reçue, les moyens 5 de pilotage du circuit électrique vont déterminer, lors d'une première étape, la puissance Pgen générée par l'élément résistif de l'ensemble des huit éléments qui a la plus grande résistance, ici l'élément lg avec une résistance Rs égale à 2560 Ω. Cette puissance, qui correspond à l'élément de l'ensemble générant le moins de puissance, peut être déterminée par le calcul en appliquant la relation : When a power setpoint is received, the control means 5 of the electrical circuit will determine, in a first step, the power Pgen generated by the resistive element of all eight elements which has the greatest resistance, here the element lg with a resistance Rs equal to 2560 Ω. This power, which corresponds to the element of the set generating the least power, can be determined by the calculation by applying the relation:
Pgen = U2/ 8 Pgen = U 2/8
En variante, les moyens 5 de pilotage pourront aller rechercher dans une table (non représentée) indexée à la valeur de tension, dans laquelle on aura pris soin de mémoriser au préalable différentes valeurs de puissance générées par l'élément lg à différentes tensions. In a variant, the control means 5 can be searched in a table (not shown) indexed to the voltage value, in which care has been taken to memorize beforehand different power values generated by the element 1 g at different voltages.
Supposons par exemple que la puissance de consigne soit de 4356 Watts, et la valeur de tension délivrée par la batterie de tension soit 382 Volts. Suppose, for example, that the target power is 4356 Watts, and the voltage value delivered by the voltage battery is 382 Volts.
On en déduit Pgen=(382)2/2560 = 57 W. We deduce P = gen (382) 2/2560 = 57 W.
Les moyens 5 de pilotage effectuent alors la division de la puissance de consigne par la valeur de Pgen, soit : The control means 5 then perform the division of the reference power by the value of P gen , ie:
4356 W / 57 W = 76,4 4356 W / 57 W = 76.4
La valeur approchée entière du résultat est ensuite décomposée en base 2. Ici, la valeur approchée est 77, qui s'écrit en base 2 sous la forme 01001101. Les valeurs à « 1 » correspondent aux éléments résistifs qu'il
faudra activer (fermeture de l'interrupteur électronique associé), et les valeurs à « 0 » correspondent aux éléments résistifs qui ne devront pas être alimentés, comme cela est résumé dans le tableau 2 ci-après : The approximate whole value of the result is then decomposed into base 2. Here, the approximate value is 77, which is written in base 2 in the form 01001101. The values at "1" correspond to the resistive elements that it It will be necessary to activate (closing the associated electronic switch), and the values at "0" correspond to the resistive elements that will not have to be powered, as summarized in Table 2 below:
Tableau 2 Table 2
Le tableau 2 ci-dessus indique que, pour atteindre une puissance proche de la puissance de consigne, les moyens 5 de pilotage devront : Table 2 above indicates that, to reach a power close to the desired power, the control means 5 will have to:
- alimenter les éléments résistifs de résistance R2, R5, RÔ et Rs en faisant en sorte que leur interrupteur associé soit dans l'état fermé ; - supplying the resistive elements of resistor R 2, R 5, R O and R ensuring their associated switch is in the closed state;
- ne pas alimenter les autres éléments résistifs, en faisant en sorte que leur interrupteur associé soit dans l'état ouvert. - Do not power the other resistive elements, ensuring that their associated switch is in the open state.
La phase précédente a permis de montrer comment déterminer le jeu de résistances à activer, c'est-à-dire la combinaison finale des éléments résistifs qu'il convient d'alimenter pour atteindre la puissance de consigne. The previous phase has shown how to determine the set of resistors to activate, that is to say the final combination of resistive elements that should be supplied to achieve the desired power.
Dans le fonctionnement du circuit électrique, les consignes successives d'une part, le fait qu'au démarrage il n'y pas de puissance d'autre part, font que la puissance de chauffe évolue. Afin de ne pas générer d'à-coup de courant trop important (ne pas dépasser le ΔΙ spécifié), la commutation (ouverture ou fermeture) des interrupteurs des résistances doit se faire de façon progressive, sans brûler d'étape. La deuxième phase du fonctionnement consiste donc à appliquer une procédure d'activation optimisée pour que les appels de courant soient les plus faibles possibles, en l'occurrence pour que ces appels de courant, dûs soit au retrait d'éléments résistifs (par ouverture de leur interrupteur électronique associé) soit à l'ajout d'éléments résistifs (par fermeture de leur interrupteur électronique associé) ne dépassent pas l'appel de courant maximal ΔΙ autorisé.
On constate immédiatement, pour la combinaison donnée dans le tableau 2 qu'il ne serait pas possible de respecter cette condition si les moyens 5 de pilotage commandaient simultanément, à partir d'une situation initiale où tous les interrupteurs électroniques 2i à 2s seraient ouverts, la commutation, ici la fermeture, des interrupteurs électroniques associés aux éléments résistifs de résistance R2, R5, RÔ et Rs. In the operation of the electrical circuit, the successive instructions on the one hand, the fact that at startup there is no power on the other hand, cause the heating power to change. In order not to generate too much current surge (not to exceed the specified ΔΙ), the switching (opening or closing) of the resistors switches must be done gradually, without burning step. The second phase of operation therefore consists in applying an optimized activation procedure so that the current calls are as small as possible, in this case for these current calls, due to the removal of resistive elements (by opening of their associated electronic switch) to the addition of resistive elements (by closing their associated electronic switch) do not exceed the maximum current demand ΔΙ allowed. It is immediately apparent, for the combination given in Table 2 that it would not be possible to meet this condition if the control means 5 controlled simultaneously, from an initial situation where all the electronic switches 2i to 2s would be open, the switching, here the closing, of the electronic switches associated with resistive resistance elements R 2 , R 5 , R 6 and R 5.
La procédure d'activation réalisée par les moyens 5 de pilotage consiste ainsi avantageusement à atteindre la puissance de consigne par pallier de puissance successif, chaque pallier de puissance étant équivalent à la puissance générée par l'élément résistif qui présente la résistance de plus forte valeur, ici l'élément le de résistance égale à 2560 Ω. The activation procedure carried out by the control means 5 thus advantageously consists in reaching the target power per successive power level, each power level being equivalent to the power generated by the resistive element which has the highest value resistance. , here the element of resistance equal to 2560 Ω.
Les moyens 5 de pilotage vont ainsi commander plusieurs cycles successifs comprenant chacun la commutation d'un ou de plusieurs interrupteurs électroniques d'un état fermé à un état ouvert ou d'un état ouvert à un état fermé pour correspondre à une combinaison intermédiaire des éléments résistifs dudit ensemble, jusqu'à l'obtention de ladite combinaison finale, pour atteindre la puissance de consigne par pallier de puissance. The control means 5 will thus control several successive cycles each comprising switching one or more electronic switches from a closed state to an open state or from an open state to a closed state to correspond to an intermediate combination of the elements. resistive of said assembly, until said final combination is obtained, to achieve the power of instruction per step power.
Les figures 4a et 4b illustrent la succession de cycles qu'il faut faire dans le cadre de l'invention pour obtenir, à partir d'un état initial dans lequel aucun des éléments résistifs chauffant n'est alimenté (réchauffeur électrique inactif), la combinaison finale déterminée précédemment (alimentation des éléments résistifs de résistance R2, R5, Re et Rs). Au cycle 1, seul l'élément résistif le qui présente la plus grande résistance Rs de 2560 Ω parmi l'ensemble des huit résistances est alimenté par fermeture de l'interrupteur électronique associé 2s. Il en résulte que le passage de l'état initial à la combinaison intermédiaire du cycle 1 a incrémenté la puissance d'un pallier égal à 57 Watts et généré un appel de courant Icycii égal à FIGS. 4a and 4b illustrate the succession of cycles that must be made in the context of the invention to obtain, from an initial state in which none of the heating resistive elements is powered (inactive electric heater), the final combination determined previously (supply of resistive resistance elements R 2 , R5, Re and Rs). In cycle 1, only the resistive element that has the largest resistance Rs of 2560 Ω among all eight resistors is powered by closing the associated electronic switch 2s. As a result, the transition from the initial state to the intermediate combination of cycle 1 has incremented the power of a step equal to 57 Watts and generated an Icycii current draw equal to
Icydi = U/R8, soit Icycii = 149 mA pour U = 382 Volts Icydi = U / R 8 , ie Icycii = 149 mA for U = 382 Volts
Dans la combinaison intermédiaire correspondant au cycle 2, seul l'élément résistif 17, qui présente une résistance R7 de 2560 Ω, est alimenté
par fermeture de l'interrupteur électronique associé 27, alors que l'alimentation de l'élément résistif le est arrêtée (par ouverture de l'interrupteur associé 2s). La variation de charge reste donc égale à 2 560 Ω. Il en résulte que le passage de la combinaison intermédiaire du cycle 1 à la combinaison intermédiaire du cycle 2 a généré un appel de courant Icyci2 égal à Icycii. La puissance générée est à présent de 114 Watts, ce qui correspond bien à un nouveau pallier de 57 Watts par rapport au cycle précédent. Le même raisonnement peut s'appliquer pour chaque succession de cycles, jusqu'au cycle 77 qui correspond à la combinaison finale d'éléments résistifs à activer. In the intermediate combination corresponding to cycle 2, only the resistive element 1 7 , which has a resistance R7 of 2560 Ω, is energized by closing the associated electronic switch 27 , while the supply of the resistive element is stopped (by opening the associated switch 2s). The load variation therefore remains equal to 2560 Ω. As a result, the transition from the intermediate combination of cycle 1 to the intermediate combination of cycle 2 has generated a current draw Ic y ci2 equal to Icycii. The power generated is now 114 Watts, which corresponds to a new level of 57 Watts compared to the previous cycle. The same reasoning can be applied for each succession of cycles until cycle 77 which corresponds to the final combination of resistive elements to be activated.
Il convient qu'à chaque cycle de commutation, toutes les charges basculent au même instant. It is appropriate that at each switching cycle, all loads switch at the same time.
Néanmoins, même si le microcontrôleur active ses sorties au même instant (dans la même microseconde), il se peut qu'il existe un léger décalage temporel (par exemple entre une ouverture et une fermeture de transistor). Nevertheless, even if the microcontroller activates its outputs at the same time (in the same microsecond), there may be a slight time difference (for example between an opening and a closing transistor).
Afin de rendre imperceptible ces décalages, la présence d'une capacité en entrée du circuit électrique permettra de fournir les charges transitoires sans impacter la batterie de traction. Dans le cas du circuit électrique qui vient d'être décrit, avec huit éléments résistifs, le nombre de cycles de commutations peut être important. In order to make these discrepancies imperceptible, the presence of an input capacitance of the electric circuit will make it possible to supply the transient charges without impacting the traction battery. In the case of the electrical circuit which has just been described, with eight resistive elements, the number of switching cycles can be significant.
Au pire, il faut 28, soit 256 cycles, pour passer d'un état sans puissance à un état pleine puissance dans lequel les huit éléments résistifs sont alimentés simultanément. On prévoit de préférence des durées de cycles de l'ordre de 50 ms pour obtenir une durée maximale acceptable de 12 secondes. At worst, it takes 28 , or 256 cycles, to go from a powerless state to a full power state in which the eight resistive elements are powered simultaneously. Cycling times of the order of 50 ms are preferably provided to obtain a maximum acceptable duration of 12 seconds.
Dans la pratique, il apparaît que l'utilisation de huit éléments résistifs est un maximum au-delà duquel le nombre de cycles devient trop compliqué à gérer. Des solutions à six voire quatre éléments résistifs peuvent être plus appropriées si l'on accepte une tolérance plus importante sur l'ondulation de courant et la précision de puissance.
In practice, it appears that the use of eight resistive elements is a maximum beyond which the number of cycles becomes too complicated to manage. Solutions with six or even four resistive elements may be more appropriate if greater tolerance is accepted for current ripple and power accuracy.
Claims
REVENDICATIONS
Circuit électrique comportant un ensemble d'éléments résistifs (li, 12, ... le) connectés en parallèle, un interrupteur électronique (2i, 22, ...2s) en série avec chaque élément résistif (li, 12, ... le) dudit ensemble apte à permettre une alimentation sélective des éléments résistifs dudit ensemble par une tension continue, et des moyens (5) de pilotage aptes à déterminer dans ledit ensemble une combinaison finale d'au moins un élément résistif à alimenter par fermeture de l'interrupteur associé pour répondre à une puissance de consigne reçue, caractérisé en ce que les éléments résistifs de l'ensemble ont des valeurs différentes de résistance constituant une progression géométrique de raison 2 entre une valeur de résistance minimum et une valeur de résistance maximum, et en ce que les moyens (5) de pilotage sont aptes à commander plusieurs cycles successifs comprenant chacun la commutation d'un ou de plusieurs interrupteurs électroniques (2i, 22, ...2s) d'un état fermé à un état ouvert ou d'un état ouvert à un état fermé pour correspondre à une combinaison intermédiaire des éléments résistifs (li, 12, ... le) dudit ensemble, jusqu'à l'obtention de ladite combinaison finale, pour atteindre la puissance de consigne par pallier de puissance, chaque pallier de puissance correspondant à chaque cycle étant égal à la valeur de puissance produite par l'élément résistif dudit ensemble possédant ladite valeur de résistance maximum. Electrical circuit comprising a set of resistive elements (li, 1 2 , ... le) connected in parallel, an electronic switch (2i, 2 2 , ... 2s) in series with each resistive element (li, 1 2 , ... le) of said assembly adapted to allow a selective supply of the resistive elements of said assembly by a DC voltage, and control means (5) able to determine in said set a final combination of at least one resistive element to be powered by closing the associated switch to respond to a received target power, characterized in that the resistive elements of the assembly have different resistance values constituting a geometric progression of reason 2 between a minimum resistance value and a resistance value maximum, and in that the control means (5) are able to control several successive cycles each comprising the switching of one or more electronic switches (2 i, 2 2 , ... 2s) from a closed state to an open state or from an open state to a closed state to correspond to an intermediate combination of the resistive elements (li, 1 2 , ... le) of said together, until said final combination is obtained, in order to reach the nominal power per power stage, each power level corresponding to each cycle being equal to the power value produced by the resistive element of said assembly having said value maximum resistance.
Circuit électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite valeur de résistance minimum est calculée en fonction d'une puissance maximale que le circuit électrique doit être capable de produire pour une valeur minimale de ladite tension continue. Electrical circuit according to claim 1, characterized in that said minimum resistance value is calculated as a function of a maximum power that the electric circuit must be capable of producing for a minimum value of said DC voltage.
Circuit électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite valeur Ri de résistance minimum est calculée selon la relation Electrical circuit according to claim 2, characterized in that said minimum resistance value Ri is calculated according to the relation
Ri =2(Umin)2/Pmax
dans laquelle Umin représente ladite valeur minimale de la tension continue et Pmax représente ladite puissance maximale. Ri = 2 (U min ) 2 / P max wherein U m i n represents said minimum value of the DC voltage and P max represents said maximum power.
Circuit électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit ensemble comporte un nombre N d'éléments résistifs, ledit nombre N étant déterminé en fonction d'une valeur maximale de ladite tension continue, d'une valeur prédéfinie de courant d'appel maximal, et d'une valeur prédéfinie de granularité de puissance. Electrical circuit according to any one of the preceding claims, characterized in that said assembly comprises a number N of resistive elements, said number N being determined as a function of a maximum value of said DC voltage, a predefined current value maximum call, and a predefined value of power granularity.
Circuit électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé les éléments résistifs (li, 12, ... ls) dudit ensemble sont des éléments chauffant d'un réchauffeur électrique, aptes à être sélectivement alimentés par une tension continue délivrée par une batterie de traction d'un véhicule automobile électrique ou hybride.
Electrical circuit according to any one of the preceding claims, characterized in that the resistive elements (li, 1 2 , ... ls) of said assembly are heating elements of an electric heater, able to be selectively powered by a DC voltage delivered by a traction battery of an electric or hybrid motor vehicle.
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